автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Совершенствование цифровых методов и средств контроля и регулирования несимметричных режимов в трехфазных сетях промышленных предприятий

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГБ О*

г г 1-ы ш

Л БД ЕЛЬ РАХИМ ФАДЛЬ АЛЛА ФАРДЖ АЛЛА

(Судан)

УДК 621.311

Я

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЦИФРОВЫ^ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ В ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.14.02 - Электрические станции, сети

и системы

АВТОРЕФЕРАТ

дисертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК - 2000

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Харьковской государственной акадсмш городского хозяйства, Министерства образования и науки Украины.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

ГРИБ Олег Герасимович, Харьковская государственная академия городского хозяйства, заведующий кафедрой электроснабжения городов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

ЖЕЖЕЛЕНКО Игорь Владимирович, Приазовский государственный технический университет, заведующий кафедрой электроснабжения

кандидат технических наук, доцент ВЕПРИК Юрий Николаевич, Харьковский государственный технический университет, доцент кафедры передачи электрической энергии

Ведущая организация: Одесский государственный технический

университет, кафедра электроснабжения. Министерства образования и науки Украины, г. Одесса

Защита состоится « » декабря 2000 р. в на заседании

специализированного ученого совета К 11.052.02 в Донецком государственном техническом университете по адресу: 83000, г. Донецк, ул. Артема, 58,1" учебный корпус, к. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДонГТУ (83000, г. Донецк, ул. Артема, 58, II" учебньш корпус).

Автореферат разослан « ^ » ¡/ 2000 р.

Ученый секретарь специализированного ученого совета К 11.052.02,

к.т.н.,доц. А.Н.Ларин

4 Ш(\ 9/£ - Л17Г -)Л г. и П

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Объемы выпуска промышленной продукции и ее качество на современных промышленных предприятиях существенно зависят от стабильности и качества электроснабжения. Снижение качества электроэнергии на промышленных предприятиях является следствием распространения и широкого использования разнообразных преобразователей а также внедрения новых электротехнологий, что приводит к появлению высших гармоник и несимметричных режимов втехфазных сетях.

Несимметричные режимы в трехфазных сетях становятся причиной :боев в работе систем релейной защиты и автоматики, вследствие чего выводят из строя аппаратура связи и вычислительная техника.

Вычислительная техника занимает ведущее место в технологических фоцессах промышленных предприятий с высоким уровнем автоматизации где широко используются вычислительные машины и микропроцессоры. Учитывая высокую чувствительность вычислительной техники к пе-табильности питающего напряжения, понятно, что нестабильность элек-роснабжения может стать причиной потери информации, заложенной в ]амять ЭВМ и затем разлада в технологическом режиме контролируемого ехпологического процесса.

Таким образом, несимметричные режимы электроснабжения наносят шиболыний урон крупным промышленным предприятиям с высоким роинем автоматизации.

В связи. с вышеизложенным очевидно существование актуальной фоблемы корректировки несимметричных режимов, возникающих в «»иных сиаемах промышленного электроснабжения.

В развитие теории и практики контроля и регулирования несиммег-)ии гоков и напряжений в системах промышленного электроснабжения шачигельный вклад внесли работы ученых И.В.Жежеленко, Г.Кузнецова, Е.Г.Куренного, А.В.Праховника, Г.Г.Пивняка, \.К\Шидловского, а также труды производственных и научных коллекти-юв ИЭД ПАН Украины, МЭИ, КПИ, Г1ГТПУ и другие.

Анализ существующих разработок в области контроля и регулирована несимметричных режимов в трехфазных сетях приводит к выводу, что ффективное решение проблемы повышения качества электроэнергии требует :

- дальнейшего совершенствования методов и способов контроля и |егулирования несимметрии токов и напряжений;

- отбора методов и способов контроля, имеющих высокую степень нциты ог помех;

- конкретизации и формирования теоретических представлений синтезе параметров симметрирующих устройств, которые бы моделиров;! ли чиповые свойства трехфазных сетей при стохастических пара метрах n;i грузки с одновременной компенсацией реактивной мощности.

Цслыо исследования являлось совершенствование методов и сносе бов контроля и регулирования несимметричных режимов, возникаюши при эксплуатации трехфазных сечей, с дальнейшим их использованием устройствах оперативного симметрирования и регулирования реактивно мощности в реальном времени и условиях произвольной несимметрично! нагрузки в присутствии высших гармоник.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработаны цифровые методы и способы контроля несимметрш токов и напряжений в трехфазных сетях при наличии высших гармоник Доказана эффективность использования в этих условиях корреляционно! обработки сигналов па базе дискретного преобразования Фурье в реаль ном масштабе времени.

2. Разработаны методы и средства симметрирования трехфазны; трех- и четырехпроводных сетей при изменении нагрузок по случайном; закону с одновременной компенсацией реактивной мощности. Показано что наиболее рационально в этих условиях использованы в качестве ин формационных параметров, имеющих высокую степень защиты от помех токов нулевой и обратной последовательностей, проводимости, активно! и реактивной мощностей, токов и напряжений фаз нагрузки.

3. Разработан метод оценки погрешностей корреляционных способов обработки сигнала при измерении симметричных составляющих трехфазной сети, отличающийся высокой помехозащищенностью и точностью.

Методы исследований. Исследования проводились о использованием теории информации, теории вероятностей и случайных процессов, теории функции комплексного переменного, теории линейных и дискретных систем, методов математического моделирования.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность работы состоит в разработке следующие практических методик:

- методики синтеза схем симметрирующих устройств для трехпровод-пых и четырехпроводных сетей систем электроснабжения;

- методики управления параметрами симметрирующих и симметро-комненсирующих устройств, когда информационными величинами являются: токи нулевой и обратной последовательностей, действительные токи

нагрузки, проводимости и мощности фаз нагрузки;

- методики контроля несиммстрии напряжений и токов;

- методики оценки погрешностей цифровых методов контроля пе-симмсгрии напряжений.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Первой международной научно-технической конференции «Математичне мо-делювання в електротехнищ й електроенергетицЬ>в г. Львов в 1995 г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 6 печатных работах, из них 5 - в сборниках научных работ (4 опубликованы самостоятельно); 1 - материал!,i международной конференции..

Структура и объем рабоил. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка, литературы и приложения с актами о внедрении. Диссертация содержит 121 страниц, из них 105 страниц основного текста, 17 рисунков и 1 таблицы, списка использованной литературы, включающей 118 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и основные направления исследований, сформулированы основные научные результаты, выносимые на защиту. Приведены данные но апробации и использованию результатов работы. Кратко изложены сведения о структуре работы и содержании глав и приложений.

Первый раздел содержит анализ существующих методов и средств контроля и peíулирования качества электрической энергии, а также влияние качества электрической энергии на работу потребителей элеюроэнер-гии (влияние отклонения и колебания напряжения, отклонения частоты, нелинейных искажений, несимметрии напряжения). Проанализированы существующие методы и средства контроля качества электрической энергии, в частности выделены две основные тенденции контроля ПКЭ. Рассмотрены методы коррекции несимметричных режимов трехфазной сети и средства кош роля.

Изложенные в разделе методы и средства контроля качества электроэнергии показали, что наиболее сложным для измерения является несимметрия напряжений. Это обусловлено тем, что несимметрия напряжений является трехмерной величиной, а присутствие в сети высших гармоник вносит дополнительную погрешность в измерения. Возникает необходимость развития новых принципов построения приборов и систем контроля и регулирования, базирующихся на теории цифровой обработки сигналов.

На основе этих выводов и была сформулирована задача исследова-

пня данной работы, а именно:

- разработать общий теоретический подход к симметрированию, что позволит осуществить устранение несимметрии напряжений и компенсацию реактивной мощности в трехпроводных и четырехпроводных трехфазных сетях при наличии в них высших гармоник и изменяющихся но случайному закону нагрузок;

- разработать теорию контроля несимметрии токов и напряжении, основанную на корреляционной обработке сигналов, позволяющую осуществить их контроль на фоне высших г армоник.

Во втором разделе рассмотрены методы симметрирования напряжений и токов в системах электроснабжения промышленных предприятий. Решались проблемы симметрирования и теоретически обоснованы новые аналитические выражения для параметров симметрирующего устройства при общем случае несимметричной нагрузки как для трехпроводной, гак и для четырехироводной трехфазной сети. Параллельно с этим решена задача о получении требуемого коэффициента мощности. Проведена оценка погрешности и устойчивости процесса симметрирования трехфазных сетей.

Рассматривались основные пути симметрирования напряжений и токов с одновременной компенсацией реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий, симметрирования трехфазной сети с нулевым проводом. Рассмотрим трехфазную четырехпроводную сеть, где система фазных напряжений источника симметрична, а нагрузка несимметрична. Симметрирующее устройство СУ1 введено фазными про-водимостями К,, >7,, Кс' . Симметричные составляющие фазного тока СУ 1 будут равны:

Ц = П~х1 = П~]?'и , (1)

где /(-'•, 7, и - матрицы-столбцы токов симметричных составляющих, фазных токов, фазных напряжений; К' - диагональная матрица фазных нроводимостей СУ1; //"' - матрица перехода от системы фазных координат к системе симметричных составляющих, обратная матрице Г1 перехода от симметричных составляющих к фазным координатам.

Перемножение матриц даег связь между симметричными составляющими токов и нроводимостей СУ!

О 0 1 //• = и\ 1 О О О 1 О

Ус, (2)

где Ус' - матрица-столбец симметричных составляющих проводимое гей СУ1.

Полученные выражения определяют основное условие для компенсации токов нулевом последовательности:

1 .

У{

и

(3)

Для условия использования реактивных элементов (У' = -?') и с использованием сопряженных операторов поворота фаз (л=с/,2(| ) найдена связь между проводимостями симметричных составляющих СУ.

УI *

У'2 *

У' о

* *2 , 2 Уу

1 а а 1 а а

1 1 * 2 1 а + а 1 а а2 У = - У\

3 3

1 1 1 1 1 1 Уо

(4)

С учетом условия (3) получаем требования по выбору проводимостей

СУ 1

1 /

и

! /

и

>0

Переход в фазные координаты дает условия выбора параметров СУ I:

1

|щя •(/., ь/д ► /г)+ Гк0 (6)

У ' :

V

ъи

Подходы, подобные рассмотренным выше, использованы для определения параметров симметрирующего устройства СУ2, выполненного с использованием междуфазных проводимостей УЦС, (, У'(п. Выведены условия компенсации токов обратной последовательности:

3 и

У" 1

у;1

зг/V

у0"

V" '0

гг"=

13 фазных координатах условие (7) представлено в виде

и

(7)

Уве 1 -1

У" = Уса Я2 -А

з и

Улв « -аг

+ 1 > о"

(8)

Рассмотрим возможность совмещения компенсации несимметрии и реактивной мощности в сети. Выведено условие полной компенсации токов обратной последовательности и реактивной мощности (сожр -1):

2 -1

У" = — 1т Ъи ■

2 а1 2а

-1 -1

3

1>»

(9)

В фазных координатах условие (9) принимает вид

у вс

3 и

1т

О а* аг О а 1

I -

(10)

В работе рассмотрены примеры различных случаев несимметрии, иллюстрирующие применение выведенных выражений для расчета параметров симметрирующих устройств.

Наряду с симметрированием трехфазных сетей, основанном на использовании в качестве информационных параметров действующих значений либо симметричных составляющих токов нагрузки, возможно выполнение симметрирования по фазным мощностям в качестве информационных параметров.

Условие (6) при симметрировании по фазным мощностям принимает

вид:

•<?' = з

1-1 0 1 0 -1 0 1 -I

0 1-1 й+ -1 1 0 (Ь л/3 -10 1 р

-10 1 0-1 1 1-1 0

(П)

где <2 ',<2,Р - матрицы фазных мощностей, СУ и нагрузки; £>{) - реактивная мощность исходной части СУ с номинальными параметрами, относительно которых происходит их перестройка в процессе симметрирования.

Со = ~{ЬА + ьв+ьс) = 1(0;, +(2'в+0.'с)

Преобразование условия (10) приводит к выражению 0 1 -1

-1 0 1 Р \r\QZ 1 -1 0

<2" =

2_ "7з

(12)

где

Со

йве бел <2лв

. 6о= -е<)'4 {Ол+<2в+(2с )■

Рассмотренные методы позволяют оперативно и практически без затрат времени определить параметры симметрокомпенсирующих устройств, осуществляющих компенсацию токов нулевой и обратной последовательностей с одновременной компенсацией реактивной мощности, что имеет практическое значение для трехфазных сетей промышленных предприятий.

В третьем разделе на базе разработанных автором методик получены алгоритмы управления СУ, по которым синтезированы структурные схемы СУ. Наиболее перспективными являются автоматические СУ, позволяющие поддерживать уровень несимметрии токов или напряжений в заданном пределе при изменении нагрузки. Автоматическое СУ должно иметь высокую точность симметрирования при заданном коэффициенте мощности. Из этого требования следует, что система управления автоматическим СУ должна вычислять параметры и синтезировать схему устройства в общем случае при произвольной несимметричной нагрузке как для трехпро-водной, так и чегырехпроводной трехфазной сети при наличии высших гармоник. При решении общей задачи симметрирования необходимо учи-1ывать свойства внутренней симметрии присущей трехфазной системе токов: трехфазная система напряжений имеет ось третьего порядка перпендикулярную комплексной плоскости т.е. тройной поворот вокруг оси переводит систему в исходное положение; при комплексном сопряжении прямая и обратная последовательности меняются местами. Использование этих свойств позволило получить компактные аналитические выражения, избежав вычисления детерминантов двенадцатог о порядка. На основе этих выражений можно синтезировать обобщенную структурную схему автоматического симметрирующего устройства. Автоматическое симметрирующее устройство состоит из трех основных частей: измерителя информационных величин; вычислителя параметров; силовой части (исполнительного органа).

Общий подход к процессу симметрирования, а также использование микропроцессорной техники позволяет создать унифицированную систему управления параметрами симметрирующего устройства для трехировод-ных и четырехпроводных трехфазных сетей и любого способа симметрирования: индивидуального, группового, центрального и комбинированного.

В автоматических устройствах симметрирования трехфазных сетей в качестве информационной величины могу т быть использованы токи нулевой и обратной последовательностей. Параметры несимметричной части СУ, выраженные через токи нулевой и обратной последовательностей, имею вид

А К, =

2¿ 3L/

Im

и

I -1

я -а

2 7 rt -Д

где ЛК,д,ЛК„ - матрицы параметров несимметричной части проводимосте! симметрирующего устройства, вызванные несимметрией приемника АК^'.АК,' - проводимости фаз симметрирующего устройства

% -= + Ув + Ус); По') = + У'вс + >сл)-

Параметры СУ для симметрирования в 4-х проводной трехфазной се ги можно записать в следующем виде:

Ф и

АД, =■

3 U

sin (р0

sin(<p0 -120°) sm¡<p0 +120°)

sin (p2 sin

■Slll <p0

sin^o +120°) -Sin^o -120°)

sin^0 -120°) -sin(<p„ + 120°)

Алгоритм симметрирования трехпроводной трехфазной сети полу чим, положив в выражениях /0 = 0:

А

(14)

3 и

S1 П(рю

sin(«p„ +120°) sin(o>0 -120°)

(15)

Рассматривается структурная схема симметрирующего устройства состоящего из измерителя действующего значения напряжения ИН, измерителя токов обратной и нулевой последовательности ИТ, измерителя фазовых сдвигов ИФ, фазовращателя Ф и силовой части симметрирующего устройства С.

Рассмотрим оперативное симметрирование трехфазной сети по квад-

ратурпым составляющим токов нулевой и обратной последовательное гей. Ллгоритмы могут быть записаны в следующем виде: -для четырехпроводной сети ■2 О

" 1 /.,

ЛВ, = -

ф (J

1 Я 1

и,

А В. =■

3 и

2 0-10 ■1 I 1 S

■11 I -л/3

Л,

(16)

Л/?,, =

3(/

Л

(17)

- для трехпроводной сети

2 0 -1 л/3

-1 -л/3

где: /„,. =/0 cos<p„, /0j. =/„ sin<p0, /2л = /2 cosq)b 12) -1г simp, - квадратурные составляющие гоков нулевой и обратной последовательностей соответственно.

Используя дискретные преобразования Фурье записанные выше выражения можно записать в следующем виде: -для четырехпроводной сети 4 " 1

ЛЛ., --~77X'(0)C,)coswi,;

Л/;„

nU

7 {

'н = -77 X'(«)(',) cos col, + V3X'(0)O,)sin 0)1, ; 2 fn-\ л

Д b,

3 nU

1=0

a—1 /1-1

X'((,,(',)cos(Olj - Z'(2)C,)cosa)/,

ьо 1=0

/i-t /1-1

" V^Z'«))('/) Sin fi)i, + X'(2)('i)sill«'i

¡Л)

/1-1 Z<

■=0

ДА,

'ас

42 («=!.

I 77 >.',

Зи1А£о

2

Z'(2)<',)cosw/,. - Z'(0)('i)cos ttii, ;

1=0

л/7сч ^---

/1-1 n-l

Z'(0)('i)cosw'i - Z'(2)('i)cos"", I+

1=0 I--0

/1-1 /1-1

+ v3Z'(0)<'i)sin<u'if Z'(2)('i)sin(y'i

i=-l)

n-1 1=0

(18)

- для грехпроводнои сети

4 '1-1

3 пУ /=()

2 (г"л АЬ,1В = ~ 7"77 '<2) (//>С05 +л/ЗХ;'(2,('/)51П<и/(-

Л/Ъ| =

9 / »-1 н-1 .

3/г(У ч/=о

/=о

Рассмотренные выше алгоритмы и симметрирующие устройств реализующие эти алгоритмы, позволяют в явной форме определить пар метры симметрирующего устройства либо по измеренным действующи значениям токов нулевой и обратной последовательностей и фазовы сдвигам этих токов относительно опорного напряжения, либо по квадр турным составляющим токов нулевой и обратной последовательностей.

Алгоритмы симметрирования трехфазных сетей также можно заги сать, используя в качестве информационных параметров активной и реа] тивной мощностей фаз электроприемника. Для трехпроводной систем параметры симметрирующего устройства определяются в этом случае п разностям активных и реактивных мощностей в соответствующих фазах

АВ, = --

Зл/Зи2

0 2 -1

2 -1 0

-1 0 2

(20)

Следует учитывать, что нагрузки изменяются но случайному закон; Изменение нагрузок во времени приводит к тому, что регулирование и; раметров симметрирующего устройства осуществляется по ретросискгш ной информации о величине нагрузки. А наиболее удобным информацно! ным параметром является математическое ожидание случайной величшн (токи нулевой и обратной последовательностей, действующие значения к ков электропотребителя и фазовые сдвиги относительно существующи напряжений, активные и реактивные мощности фаз элекгроприёмнико! проводимости нагрузки).

Параметры симметрирующего устройства, определяемые по матеми тическому ожиданию случайной величины, имеют вид:

АВф =

и

-2 О 1 л/3

1 -л/3

м

ы

Ы

А В =

3 и

2 -1 -1

1 О

1 л/з

1 -л/з

м

м

ы

ы ы

где Л/[/0г], Л/[/0>] и Л/|72г], М[/2х] математические ожидания квадратурных составляющих токов нулевой и обратной последовательностей.

Таким образом был разработан алгоритм (21), который использует вероятностный метод симметрирования, когда симметирование осуществляется по величине математическог о ожидания квадратурных составляющих токов нулевой и обратной последовательностей для четырехпровод-ных сетей.

Этот алгоритм имеет ряд существенных преимуществ при синтезе параметров симметрирования:

- исключаются временные задержки при флуктуациях нагрузки, так как в расчетах используются средние значения информационных величин:

- существует возможность прогнозирования тенденции изменения нагрузки по результатам статистической обработки входных информационных сигналов;

- практически отсутствуют ог раничения для использования этого алгоритма в известных измерительных схемах, и он может быть использован в любой из схем без существенных структурных изменений.

Выбор конкретной схемы симметрирования в таком случае определяется только типом информационных параметров. Отличия в работе структурной схемы заключается в алгоритме функционирования выключателя ВП, который должен дополнительно определять средние значения информационных параметров СУ.

В раздеде 3 показано, что затраты времени на определение параметров СУ (без учета времени на изменение информационных параметров) зависят только от длительности работы вычислителя ВП по соответствующим алгоритмам. В связи с этим аналитические и информационные возможности разработанных алгоритмов должны быть согласованы с метрологическими возможностями измерительной аппаратуры. Длительность и

точность симметрирования по разработанным алгоритмам определяется методами и средствами контроля информационных параметров. Полому разработке указанных методов посвящен четвертый раздел диссертации.

В четвертой главе рассмотрены цифровые методы и средства измерения несимметрии напряжений, а также контроль активной и реактивной мощностей. Все методы измерений основаны на обработке мгновенных значений исследуемого сигнала. В данной главе рассмотрен принцип построения измерителей информационных параметров СУ, позволяющих в реальном масштабе времени осуществлять контроль этих величин в сетях, «засоренных» высшими гармониками.

Определим динамическую погрешность первого рода. Напряжение измеряемой симметричной последовательности вычисляется по квадратурным составляющим и,п и ит. (п 1,2,0).

у» = д/^Г^Т- (22)

1-де ипл = +1/д,„.+*/0м);

и„у---\(илт +ив,,у+и

где иЛих. £/Д(|Л, иСпх. и„г иА„г ив„г иСпу - квадратурные составляющие симметричных составляющих фазных напряжений.

Погрешность квадратурных составляющих фазы А имеют вид:

2 ш-1

Мл,а- = — £[".•<('/ -А<- - //,,(/,•) вт со/, 1;

м)

2 '""'г

ьил„у — £'',<(', ~ Д/ ~ АГ1)со5й)11 - 1/л(/,)соь0)1 X т М>1

(23)

Для фаз В и С - аналогично.

Сделав соответствующие преобразования, увидим, что погрешность квадратурной составляющей будет зависеть от детерминированной и случайной составляющей в каждой фазе. Зная, что напряжение измеряемой последовательности зависит от двух переменных - квадратурных составляющих, - можно записать выражение для абсолютной погрешности п" последовательности

ди,„ ди

"у

О i куда следует

At/„=-(t/)nAt/„, +ии}Лииу).

Запишем выражение для определения погрешности коэффициента обратной последовательности напряжений.

А К2и =

Л U 2 ^ > + < AU]y>_

и

(25)

АК2(7 = Зл/2<5с

1-AZ

Ы"+4 у

+ 2тгЯ

1

11-е

Я2+4 Я

■Ink

Я

-2л-

.(26)

В четвертом разделе рассмотрены метод и средство контроля симметричных составляющих. Суть метода заключается в вычислении ортогональных (квадратурных) составляющих информационных сигналов с применением их корреляционной обработки. Таким путем достигается увеличение защиты информации от помех.

Предложена конкретная структура устройства, где может быть реализован данный метод и приведен подробный анализ ее действия.

В связи с тем, что в последнее время увеличилась единичная мощность и возросло количество резко несимметричных нагрузок в системах электроснабжения предприятий рассмотрена возможность использования значений активной и реактивной мощностей в качестве информационных параметров симметрирующих устройств. Подтверждено, что наиболее целесообразным методом изменения активной и реактивной мощности является обработка мгновенных значений токов i(t) и напряжений u(t). Получены математические выражения для выполнения вычислений.-Предложена схема цифрового измерителя мощности, где мгновенные i(t) и u(t) преобразуются в числовые эквиваленты.

Исходя из того, что качество выпрямленного напряжения оценивается по коэффициенту пульсаций Кп, в данном разделе диссертации анализируются средства контроля этого показателя в сетях постоянного тока.

Используя аналогию в измерениях Кп и коэффициента нелинейных искажений, на базе измерителя нелинейных искажений автором разработан прибор, контролирующий коэффициент пульсации.

14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании анализа существующих проблем контроля и регулировании показателей качества электроэнергии в трехфазных сетях промышленных предприятий сформулирована и решены задачи создания цифровых систем контроля показателей качества электроэнергии с одновременным оперативным устранением несимметрии токов (напряжений) и регулированием реактивной мощности, надежно функционирующих в условиях произвольного изменения нагрузки на фоне высших гармоник.

2. Получены новые аналитические выражения, упрощающие процесс вычислений, сопровождающий синтез параметров симметрирующих устройств, при разработке которых учтено отсутствие в явном виде нулевой составляющей токов в трехфазной сети, обладающей свойством параметрической симметрии. Эти выражения позволили расширить количество возможных вариантов входных информационных параметров:

- токов нулевой п обратной последовательностей;

- действительных токов нагрузки;

- проводимостей и мощностей фаз нагрузки.

3. Исследована эффективность использования полученных аналитических выражений для различных частных случаев симметрирования. Анализ результатов этих исследований позволил разработать общий аналитический метод решения синтеза параметров симметрирования.

4. На базе полученных аналитических выражений построены алгоритмы оперативного симметрирования трехфазных сетей, которые могут быть использованы для различног о характера изменения нагрузок и способов осуществления симметрирования. Предложены конкретные структурные схемы симметрирования, которые на базе оперативных алгоритмов выполняют устранение токов нулевой и обратной последовательностей с одновременной компенсацией реактивной мощности. Эти структурные схемы реализованы в автоматических симметрирующих устройствах, использующих различные наборы информационных параметров.

5. Исследовано влияние метода и способа измерений симметричных составляющих на величину погрешности. Доказано, что применение цифровых методов при измерении симметрии напряжений, использующих корреляционную обработку сигналов, обеспечивает наиболее высокую степень их защиты от помех.

6. Установлено, что в присутствии в сети высших гармоник наиболее высокая точность и быстродействие измерений могут быть достигнуты при

использовании корреляционной обработки сигналов с применением Фу-рьс-прсобразонаний. Эти выводы получены при изменениях:

- симметрирующих составляющих с использованием метода опорных точек;

- несимметрии трехфазной системы синусоидальных напряжений с предварительным преобразованием трехфазной системы напряжений в двухфазную при помощи аналоговых методов.

7. Доказано, что методы измерения активной и реактивной мощности, основанные на статистической обработке мгновенных значений, являются наиболее эффективными для информационного обеспечения симметрирующих устройств. Обосновано преимущество использования цифровых методов измерений мощности, которые дают возможность не только повысить точность контроля, но также автоматизировать процесс измерений.

8. Па базе измерителя нелинейных искажений построен цифровой прибор для измерения низких уровней пульсаций. Таким образом были расширены аналитические возможности серийного прибора и показана возможность его применения для одновременного оперативного контроля нелинейных искажений и коэффициента пульсаций.

Основные положения диссертации отображены в 5 печатных работах:

1. Абдель Рахим Ф.Ф. Анализ динамической погрешности первого эода цифрового измерителя несимметрии напряжений II Вестник ХГПУ. -Карьков: ХГПУ, 1998. - Выпуск 11. - С. 118-119.

2. Абдель Рахим Ф.Ф. Оперативное симметрирование трехфазных сетей: Четырехпроводные сети // Весник ХГПУ. - Харьков: ХГПУ, 1998. -Выпуск 14. - С. 188-192.

3. Абдель Рахим Ф.Ф. Измерение мощности при флуктуациях нагру-юк // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Выи. 17. - Киев: Техника, 1998. -С. 104-107.

4. Абдель Рахим Ф.Ф. Контроль коэффициента пульсаций в сетях по-лоянного гока // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 8. - Киев: Техника, 1999. - С. 174-176.

5. Абдель Рахим Ф.Ф., Бородин Д.В., Ващенко A.A., Левин В.И. Ис-ледование динамической погрешности цифрового измерителя отклонения тнряжения трехфазной городской электрической сети // Повышение эффективности и надежности систем городского хозяйства. - К.: 1995. - С. 68-

6. Гриб О.Г., Ващснко A.A., Бородин Д.В., Абдель PaxiM Ф.Ф. Авто-матичпе симетрування трифазних мереж // Програма 1-Т М1жнародпо1 наук.-техн. копф. «Матсматичнс моделюванпя в електротехшщ ii електросне-ргетищ». -Jli.Biß, 1995.

Личный вклад в [5] - участие в расчетах динамической погрешности цифрового измерителя и анализ ее зависимости от типовых помех в электрических сетях города.

АНОТАЦ1Я

Абдель PaxiM Фадль Алла Фардж Алла. Удосконалення цифрових метод1в га засоб1в контролю i регулювання несиметричних режимш в трифазиих мережах промислових шдприсмств. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття паукового ступени кандидата техшчних наук ¡з спешальност! 05.14.02 - Електричж станцн, мереж1 та системи. Донець-кий державний гехшчний ушверситег. Донецьк, 2000.

Дисертащя ирисвячена розробщ метод1в та засобш контролю та регулювання несиметричних режим1в трифазноУ мереж1 при ¡снуванш в niii нищих гармошк, шляхом симетрування та регулювання реактивно!' ногуж-ноет! в реальному 4aci при довшьному несиметричному навантаженш.

В po6ori одержан! та теоретично обгрунтоваш noBi аналпичш piii-няпня reopii симетрування. Це дозволило пошириш м с годи визначення napaMCTpiß симетрування пристрою на випадки, коли усунення стру\пв ну-льовоТ та зворотноТ послщовносп супроводжуеться компенсацию реак тивно! потужностг

Розроблеш алгоритми га структурш схеми оперативного видалепня, для цих умов експлуатацп, трифазиих мереж. Розглянут1 р'шн випадки синтезу параметр1в симетрування прилад1в та проанал13оваш можлив1 Bapian-ти бази шформащйних даних.

Розроблеш структурно схеми реал1зоваш в автоматичных пристроях, якт випробуваш в промислових умовах. ПроаналЬоваш похибки р1знома-1нтних метод in контролю га внявлеш вигоди корелящйних мего;йв оброб-ки сигналов, як1 базуються на дискретних Фурье-перетвореннях. Доведено, що шформаци про активну та реактивну погужносп, що базусться на мит-тевих значениях струму та напруги, цшком достатньо для сгалого режиму ¡нформащйного забезпечення симетрувалышх пристрош. Використання удосконалених автором цифрових метод1в вим1рювання дозволяс досяпи високо'1 стабшыюсп роботи пристрою та автоматизуваги процес ви\ирю-вань.

Па бан вилпрювача нелппйних спотворснь побудований цифровий ирилад, чутливнй до пизького р!вня пульсацш. Цсй прилад можс буги ви-користапий для оперативного одночасного контролю пелппйннх спотворснь та визначсння всличини коефщ1ента пульсацш.

Ключов! слова: трифазш мережу несимегричш режими, струми ну-льовоТ та зворотноУ послщовностей, базош" напруги, несимегричш складо-вй фазо]п навантаження, пристроУ симетрування, активна та реактивна по-тужностт, нохибки вим1рюваиня, математичне спод1вання, кореляцшш ме-годи обробки сигиал1в.

АННОТАЦИЯ

Абдель Рахим Фадль Алла Фардж Алла. Совершенствование цифро-)ых методов и средств контроля и регулирования несимметричных режимов в трехфазных сетях промышленных предприятий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических на/к по специальности 05.14.02 - Электрические станции, сети и системы. До-1сцкий государственный технический университет. Донецк, 2000.

Цель исследования - разработка методов и средств контроля и регу-шрования несимметричных режимов трехфазной сети и построение на их ">азе управляющих устройств, позволяющих при наличии в сети высших армоник осуществить симметрирование и регулирование реактивной ющносги в реальном масштабе времени при произвольной нагрузке.

На базе анализа актуальной проблемы контроля и регулирования юказателей качества энергии в трехфазны сетях промышленных предпри-тий сформулированы и решены задачи создания цифровых систем кон-роля качества энергии с одновременным оперативным устранением не-имметрии токов и напряжений с регулированием реактивной мощности, адежно функционирующих в условиях произвольного изменения нагрузи на фоне высших гармоник.

Получены новые аналитические выражения, упрощающие процесс ычислений, сопровождающий синтез параметров симметрирующих уст-ойств. При выводах этих выражений учтено, что нулевая составляющая оков в трехфазной сети отсутствует в явном виде, что обусловлено свой-гвом параметрической симметрии трехфазных схем. Эти теоретические ыражения позволили подойти к рассмотрению методов определения па-аметров симметрирующего устройства, когда устранение токов нулевой и брагной последовательности сопровождается одновременной компенса-ией реактивной мощности.

На их базе разработаны алгоритмы оперативного симметрирования которые положены в основу работы автоматических симметрокомиенси рующих устройств. Показано, что система управления этими устройст вам! должна быть унифицированной, что обеспечивает ей пригодность для раз личного характера нагрузок и способов симметрирования. Рассмогрепь частные случаи синтеза параметров симметрирующих устройств и ироана лизированы возможные базы информационных данных:

• токов нулевой и обратной последовательности;

•действительных токов нагрузки;

- проводимостей и мощности фаз нагрузки.

На базе оперативных алгоритмов разработаны структурные схемы устранения токов нулевой и обратной последовательности с одновременной компенсацией реактивной мощности. Эти структурные схемы реализованы в автоматических симметрирующих устройствах, использующих в качестве управляющих параметров токи нулевой и обратной последовательности, действительные значения токов, величины проводимости и мощности фаз нагрузок.

На основании анализа погрешностей установлено преимущество корреляционных методов обработки сигналов, основанных на дискретных Фурье-преобразованиях, которые эффективны при получении в сети высших гармоник.

Показано преимущество методов измерения активной и реактивной мощностей, основанных на обработке мгновенных значений токов и напряжений, для информационного обеспечения симметрирующих устройств. Выявлено, что применение цифровых методов измерения мощности позволяет повысить точность и автоматизировать процесс измерения.

На базе серийного измерителя нелинейных искажений построен цифровой прибор для измерения пульсаций, обладающий повышенной чувствительностью к низким уровням пульсаций. Таким образом этот прибор может быть использован для оперативного контроля нелинейных искажений и величины коэффициента пульсаций.

Ключевые слова: трехфазные, сети, несимметричные режимы, токи нулевой и обратной последовательностей, базовые напряжения, несимметричные составляющие, симметрирующие устройства, активная и реактивная мощность, погрешности измерения, математическое ожидание, корреляционные методы обработки сигналов.

19

ANNOTATION

Abdel Raliim Fadl Alla Farag Alla. Digital system of tasting and regulation of theree-phase networks of industrial enterprises at assymetrical loading.

Theses for getting the degree of candidate of scincer (engineering) on spe-cialiny 05.14.02 - Power stations, networks and systems. Donetsk State Technical University. Donetsk, 2000.

The theses is devoted to the working out of methods and ways of testing and regulation of assymetrical conditions of thee-plase networks when it has higher harmonics by way of symetrizing and regulation of reactive capacity in real time at free assymetrical loading.

In the giver work there are obtained and theoretically proved new analytical equations of the theory of symelrazing. It enabled to expand methods of identification of the parameters of symatrizing device for the cases when emphasizing flows of zero and back consequence is accompjnied by compensation of reactive capacity. It is worked out an algorithm and structural schemes of operative emphasizing for these conditions of maintenance, for three-plase networks. It is examined cases of synthesis and it is analyzed probable variants of the data base.

It is investigated structural schemes, realized in automated devices, which have been tried in industrial conditions. In is analyzed advantages of various methods of testing and determined disadvantages of correlation methods of signals treatment which are based at discrete Furie-transformations. It is also proved that measuments of active and reactive capacity which are based on instant flow and voltage values are entirely sufficient for the conditions of information supply of symetrizing devices. Considering this, the usage of digital methods of measurement enables to obtain high stability of the device performance and to automotize the process of measurement.

Key words: three-phase networks, assymetrical r egimes, currents of zero and reverse consequence, basic voltages, assymetrical constituents, symetrizing devices, active and reactive capacity, Haws of measurement, mathematical expectancy, correlative methods of signals treatment.