автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Управление качеством электрической энергией в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности с применением виртуальных измерительных систем

На правах рукописи

ЛОЗОВСКИЙ Сергей Евгеньевич- „ „

< < й ОЯ

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ

ПРЕДПРИЯТИЙ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

СИСТЕМ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы

и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Б.НЛбрамович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

С.В.Смоловик,

кандидат технических наук

Е.В.Распопов

Ведущее предприятие - Региональное управление государственного надзора «СЕВЗАПГОСЭНЕРГОНАДЗОР».

Защита диссертации состоится «¿М ООО г.

в 15 ч 15 мин на заседании диссертационного совета К 063.15.04 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № ЦСН .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан « /£ » июии? 2000 года.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ , I)

диссертационного совета '¡^М

доцент (1 у' Б.Г.АНИСКИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Характерной особенностью систем электроснабжения современных горных предприятий является большой удельный вес нелинейных нагрузок.

В схемах электроприводов механизмов, эксплуатируемых в горной промышленности, находят применение тиристорные преобразователи переменного тока в постоянный и постоянного в переменный (преобразователи частоты и тиристорные ключи). Наибольшее распространение в настоящее время имеют преобразователи переменного тока в постоянный, используемые в качестве статических возбудителей синхронных машин, источников питания цепей возбуждения и якорных цепей электроприводов постоянного тока станков шарошечного бурения, экскаваторов, шахтных подъемных установок. Мощные выпрямительные агрегаты электролизных установок и электропривод прокатных станов составляют существенную часть электрической нагрузки металлургических предприятий.

В состав преобразовательной техники входят различные нелинейные элементы (тиристоры, диоды и т.п.). Работа этих полупроводниковых приборов сопровождается генерацией в сеть высших гармоник.

Рост установленной мощности нелинейных нагрузок промышленных предприятий обусловил существенное увеличение уровня электромагнитных помех в электрических сетях предприятий и энергосистем. Эти помехи, в зависимости от их характера, интенсивности и продолжительности, неблагоприятно влияют на силовые электроустановки, схемы автоматики, телемеханики, связи и релейной защиты, что в ряде случаев приводит к снижению надежности электроснабжения, увеличению потерь электроэнергии, ухудшению качества и уменьшению количества выпускаемой продукции.

Все более широкое применение техники для управления технологическим процессом на производстве, в том числе и на предприятиях горной промышленности, предъявляет более жесткие требования к качеству питающего напряжения. Указанные обстоятельства обусловили возникновение проблемы качества электроэнергии или, иначе, электромагнитной совместимости различных видов электрооборудования, включая электрические сети.

Большое внимание, которое уделяется этой проблеме в России и за рубежом в последние 15-20 лет, объясняется в первую очередь значитель-

ным экономическим ущербом, возникающем при пониженном качестве электроэнергии. Таким образом, повышение качества электроэнергии является составной частью энерго- и ресурсосберегающей политики, роль и значение которой весьма важны доя реализации программы по внедрению энергосберегающих технологий в добывающей и перерабатывающей промышленности.

В настоящее время крайне неудовлетворительно проводится контроль большинства показателей качества электрической энергии (ПКЭ) на предприятиях горной промышленности, в частности несинусоидальности напряжения, а вследствие этого не может адекватно производиться работа по улучшению КЭ.

Снижение уровня высших гармоник в сети предприятия и уменьшения несинусоидальности напряжения можепг быть достигнуто за счет:

• увеличения числа фаз вентильных преобразователей;

• рационального построения схемы электроснабжения;

• применением фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ).

Наиболее перспективным является применение силовых фильтров в

составе ФКУ. При подключении к сети силовых фильтров частично или полностью решается задача компенсации реактивной мощности, так как конденсаторы фильтра являются источниками реактивной мощности на основной частоте.

На предприятиях с вариацией параметров вентильной нагрузки и системы электроснабжения, к которым относятся горные предприятия и предприятия цветной металлургии, происходит постоянное изменение уровня искажения синусоидальности напряжения, связанное с особенностями технологических процессов производств. В результате, происходит перекомпенсация или недокомпенсация фильтруемых гармоник и превышение ПКЭ, нормируемых ГОСТ 13109-97.

Решением этой проблемы может стать разработка виртуальной измерительной системы (ВИС) контроля КЭ с открытой архитектурой как функционального эквивалента измерительной системы. ВИС представляется при помощи комплекса программно-технических средств и позволяет без потери функциональных возможностей или искажения функциональных результатов обеспечить непрерывный анализ ПКЭ (искажения формы кривой напряжения) в соответствии с ГОСТ-13Ш9-97.ВИС может быть интегрирована в состав комплекса технических средств АСУЭ для автоматического непрерывного контроля КЭ, минимизации искажения формы кривой на-

пряжения в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности и цветной металлургии и уменьшить энергозатраты на добычу и переработку полезных ископаемых.

Методические основы оценки и улучшения качества электроэнергии и электромагнитной совместимости разработаны такими учеными как В.А. Веников, B.C. Константинов, А.К. Шидловский, И.В. Жежеленко, A.A. Яценко и др. Однако вопрос создания бесконфликтного способа минимизации искажения формы кривой напряжения является недостаточно изученным.

Решение задач, поставленных в диссертации, требует выполнения большого комплекса работ: разработки виртуальной измерительной системы контроля КЭ, включая алгоритмическое, математическое и программное обеспечение и аппаратную реализацию, введите ее в состав АСУЭ для оперативного контроля параметров электропотребления и повышения с ее помощью КЭ в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности и цветной металлургии, разработку бесконфликтного способа минимизации искажения формы кривой напряжения и энергозатрат на добычу и переработку полезных ископаемых.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка виртуальной измерительной системы, позволяющей производить оперативный контроль качества электрической энергии в электротехнических комплексах горных предприятий и на основе данных контроля минимизировать энергозатраты на добычу и переработку полезных ископаемых.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

• разработать структуру компьютерной модели виртуальной измерительной системы.

• разработать теоретические и методические положения контроля ПКЭ с использованием виртуальной измерительной системы.

• разработать алгоритмическое и программное обеспечение виртуальной измерительной системы;

• выявить зависимость коэффициента искажения формы кривой напряжения от вариации параметров технологического процесса и системы электроснабжения;

• разработать бесконфликтный способ минимизации искажения формы кривой напряжения с интеграцией в состав АСУЭ про-

граммно-технического комплекса ВИС. Цдея работы заключается в разработке виртуальной измерительной системы контроля качества электрической энергии, включая алгоритмическое, математическое и программное обеспечение и аппаратную реализацию, введение ее в состав АСУЭ для оперативного контроля параметров электролотребления и повышения с ее помощью КЭ в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности и цветной металлургии.

Методы исследований. В работе использованы теория электрических цепей, метод гармонического анализа, метод наложения, методы теории электромагнитных процессов в системах электроснабжения, методы теории оптимизации, аналитические и численные методы решения алгебраических и дифференциальных уравнений, теория чувствительности, теория и методы обработки экспериментальных данных, решение задач проектирования и моделирования с помощью ЭВМ. Научная новизна работы:

• предложена структура, обосновано математическое обеспечение и разработан алгоритм функционирования ВИС контроля КЭ;

• установлены зависимости изменения коэффициента искажения формы кривой напряжения в системах электроснабжения с вероятностным характером изменения параметров вентильной нагрузки от вариации параметров технологического процесса и системы электроснабжения;

• предложена система бесконфликтного управления КЭ в системах энергоснабжения с вероятностным характером изменения параметров вентильной нагрузки с использованием ВИС и АСУЭ.

Обоснованность научных положений базируется на применении известных положений теории электрических цепей, теории электромагнитных процессов в системах электроснабжения, электрических аппаратах высокого напряжения н электрических машинах, теории и методах обработки экспериментальных данных.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом теоретических исследований, близкой сходимостью расчетных и опытных данных, а также положительными результатами внедрения разработок в АО «ВАМИ» при реконструкции СЭС ОАО «Кандалакшский алюминиевый завод».

Практическая ценность работы заключается в следующем:

• разработана методика проектирования ВИС контроля КЭ, произведен выбор структуры и комплекса технических средств ВИС, базирующийся

на применении высокоточных электронных компонент, работающих в стандарте РС-104. Показано, что в реальных условиях эксплуатации метрологические характеристики ВИС удовлетворяют требованиям ГОСТ 13109-97, ГОСТ 8.009-84

• разработан комплекс программных средств ВИС, включающий средства управления ВИС, гармонического анализа, анализа КЭ в соответствии с ГОСТ 13109-97 и позволяющий производить непрерывный контроль и анализ искажения формы кривой напряжения в СЭС горных предприятий и предприятий цветной металлургии;

• предложен бесконфликтный способ минимизации искажения формы кривой напряжения с использованием программно-технического комплекса ВИС контроля КЭ и АСУЭ.

Реализация оыводов и рекомендаций работы.

Результаты диссертационной работы были использованы при проектировании АСУЭ для АО «Кандалакшский алюминиевый завод».

Положения, выносимые на защиту:

• структура, алгоритмическое, математическое и программное обеспечения ВИС контроля КЭ с открытой архитектурой как функционального эквивалента измерительной системы, представленного при помощи комплекса программно-технических средств, без потери функциональных возможностей или искажения функциональных результатов для обеспечения непрерывного анализа ПКЭ (искажения формы кривой напряжения) в соответствии с ГОСТ-13109-97;

• зависимости изменения коэффициента искажения формы кривой напряжения в системах электроснабжения с вероятностным характером изменения параметров вентильной нагрузки от вариации параметров технологического процесса и параметров системы электроснабжения.

• комплекс технических средств АСУЭ для автоматического непрерывного контроля КЭ, позволяющий минимизировать искажения формы кривой напряжения в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности и цветной металлургии;

Апробация.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на семинарах кафедры электротехники и электроснабжения горных предприятий СПбГГИ (ТУ), конференциях молодых ученых СПбГГИ (ТУ) в 1995-2000 годах, Всероссийском Молодежном Научном Форуме "Интеллектуальный Потенциал России

В XXI Век", V международном симпозиуме "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология", С.-Петербург,

1997, Производственно-техническом совещании "Создание нового энергетического оборудования для нефтяной и нефтеперерабатывающей отрасли" г.Альметьевск 1997 г, Межвузовской научно-практической Конференции "Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения". Воркута

1998, Третьей Санкт-Петербургской ассамблеи молодых ученых и специалистов Санкт-Петербург, 1998.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на страницах. Содержит 0 рисунков, таблиц, список литературы из наименований и приложений. Общий объем работы -/4С страниц.

Во введении дается общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, дается краткая характеристика полученных результатов, их тучная значимость и практическая ценность.

В главе 1 даны характеристики электропотребителей в условиях широкого внедрения полупроводниковых преобразователей, нормы качества электрической энергии, научно-технические проблемы управления качеством электрической энергии в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности с применением виртуальных измерительных систем, сформулированы цели и задачи исследования.

В главе 2 обоснована структура и реализация виртуальной измерительной системы контроля качества электрической энергии, удовлетворяющей методике определения несинусоидальности напряжения в соответствии с ГОСТ 13109-97, произведен выбор компонент ВИС.

В главе 3 разработано алгоритмическое, математическое и программное обеспечение ВИС, создана программа, позволяющая определить коэффициент искажения формы кривой напряжения с учетом высших гармонических до 40 порядка.

В главе 4 установлены зависимости коэффициента искажения формы кривой напряжения при вариации параметров технологического процесса и предложен бесконфликтная система управления качеством электрической энергии в электротехнических комплексах потребителей.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Положение 1.

Структура, алгоритмическое, математическое и программное обеспечения ВИС контроля КЭ с открытой архитектурой как функцгю-нального эквивалента измерительной системы, представленного при помощи комплекса программно-технических средств, без потери функциональных возможностей или искажения функциональных результатов для обеспечения непрерывного анализа ПКЭ (искажения формы кривой напряжения) в соответствии с ГОСТ-!3109-97.

Согласно методике определения показателей качества электроэнергии, отражающих несинусоидальность напряжения, необходимо произвести не менее 9 измерений за Ги=3 с, при этом, чтобы удовлетворить условиям ГОСТ 13109-97, цикл г+1 измерения должен производиться через /,,= Т„АУ после /-го цикла. В этом случае достигается равномерность распределения 1-х циклов измерений за период ТУ!. Распределение циклов 1-х измерений представлено на рис. 1. Определим число измерений, производимых по принятой методике для одного коэффициента по одному каналу измерения

в течении одних суток:

щ = 24-60— -и 1 т

где Ту - интервал времени усреднения; /У- число измерений, за интервал времени усреднения.

Выполнив необходимые подстановки видно, что число промежуточных измерений только за одни сутки составит 260-103.

Соотнеся полученное число суточных измерений и экстраполировав

0

с

Рис.1. Диаграмма работы системы контроля КЭ

его на число показателей качества электроэнергии, и возможное число каналов измерения, становится очевидно, что получать и обрабатывать такой объем информации представляется единственно возможным с помощью виртуальной измерительной системы. В результате работы по предложенным выше структуре и алгоритму работы виртуальной измерительной системы контроля качества электрической энергии на процессорное ядро сис-

Рис.2. Виртуальная измерительная система темы (ЦОС) передается обработанный платой сбора данных (ПСД) массив значений текущей функции напряжения с выборкой 12,8 кГц и более. Для определения выбранных показателей качества электроэнергии, отражающих несинусоидальность напряжения, необходимо определить спектр измеряемой функции напряжения.

Для гармонического анализа наиболее удобным является спектр Фурье, поскольку не требует сколько-нибудь значительных преобразований при определении большинства показателей качества электроэнергии, нормируемых настоящим ГОСТом.

Рис.3. Алгоритм работы БИС КЭ

В нашем случае необходимо произвести гармонический анализ периодической синусоидальной функции напряжения, таблично заданной за ее период Т=2ж и представить ее аналитически тригонометрическим много-

членом сорокового порядка. Иначе, говоря языком математического анализа произвести ее тригонометрическое интерполирование.

Применение большинства методов численного интегрирования накладывает ограничение по четности к - конечного числа точек на интервале О-Г, т.е. к должно быть нечетным. В зависимости от используемого метода погрешность вычисления коэффициентов ряда стремится к нулю при увеличении выборки значений U(t) за период Т.

Показано что, из всего многообразия известных алгоритмов нахождения коэффициентов полинома представляется наиболее целесообразным принять для использования в ВИС алгоритм, известный как "алгоритм Фурье 157а".

За счет того, что на определение одной пары коэффициентов а„ Ь„ затрачивается значительно меньше операций, метод позволяет произвести быстрый расчет коэффициентов ряда с необходимой точностью. Кроме того, дня метода является несущественной четность или нечетность конечного числа выборок исследуемой функции.

В принятом алгоритме коэффициенты тригонометрического ряда определяются с использованием метода, описанного Г. Гюрцелем. Метод основывается на том, что при интерполировании функции U(x) заданной /=0,1, ..., к массивом равномерно распределенных за период 0-7' значений U¡ тригонометрическим полиномом степени N, каждое значение функции U, может быть представлено при нечетном к в виде уравнения а 40

U(j) = + cos nt + bn sin ni\ (O <t<T)

2 17=1

при к четном - уравнения

a Nа

U¡= — + cos x¡n + bn sin x, и)+—eos m, 2 n=i 2

где i - индекс значения таблично заданной функции /е[0;А;]

п - индекс члена тригонометрического полинома ие[0^У]

Метод нахождения коэффициентов а„ и Ь„ заключается в последовательном выполнении рекуррентных соотношений

я L '

к

h

к

2л . 2тт

Ск+1 = сп cos—~.v„ sin—;

к к

2л . 2л

■Vn = s„fxis-—c„sm—;

К А:

где с0=1, %=0, at./ и для каждого нового значения р вычисляются но рекуррентной формуле

= Uk_j +2cnUj -Uj-i,

где/е[1;М]

u0~u¡= О

Выбранный оптимизированный алгоритм отличается высокой скоростью и точностью нахождения коэффициентов йий.

Положение 2.

Зависимости изменения коэффициента искажения формы кривой напряжения в системах электроснабжения с вероятностным характером изменения параметров вентильной нагрузки от вариации параметров технологического процесса и параметров системы электроснабжения.

Анализ работы нелинейных электроустановок, включающее полупроводниковые преобразователи серий элктролизеров, показал, что Ки носит переменный характер и может оказать отрицательное влияние как на работу собственных электроприемников, так и на работу электроприемников всей энергосистемы.

Исследования несинусоидальности напряжения для АО «Кандалакшский алюминиевый завод» показал, что изменения Кц находится в пределах 2,5.. 16,6%. Таким образом имеет место электромагнитная несовместимость полупроводниковых преобразователей агрегатов элктролизеров и системы электроснабжения.

Для исследования зависимости Кц от вариации параметров технологического процесса и параметров системы электроснабжения разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние отношения мощности силового трансформатора ST к мощности преобразовательного агрегата Su на математическое ожидание Klh

Ккг кП + V4Î , 2К1г "«Г1 + kPM->

------- X -]----- - ---—--

Чт

11к, г

2жи

кг

+ к/4)(п + 1)-2kK2uz

-(-Kpfi^x* =0

где Х= S-/Sn; п— количество источников гармоник; Кр коэффициент расщепления вентильных обмоток преобразовательного трансформатора; % — коэффициент мощности полупроводникового агрегата.

Для условий АО «Кандалакшский алюминиевый завод», при SKK = 518 MBA, и UHUI = 10,5 кВ, определено, что S1/Sn>9^\2.

2-с.ш.

Общезаводская нагрузка.

Общезаводская нагрузка

Рис.4. Однолинейная схема электроснабжения АО «КАЗ».

Следовательно, для обеспечения Кис= 5 % в точке 1 (см. рис.4) необходимо, чтобы загрузка группового силового трансформатора была не

более 10 % В связи с этим совершенно очевидно, что нельзя практически существенно понизить математическое ожидание К{, путем применения более мощных групповых силовых трансформаторов. Снижение уровня Ки может быть достигнуто, включением секционированных ФКУ или ФКУ с изменяющимися параметрами. Однолинейная схема замещения секции шин подстанции с секционированным ФКУ, кратных мощности электролизеров приведена на рис. 5.

Рис.5. Однолинейная схема замещения секции шин подстанции

На схеме обозначено:

хкду , гкбу - емкостное и активное сопротивления отдельно подключенных конденсаторных батарей (если таковые имеются); хСф1г, Гф,у-индуктивное сопротивление реактора, емкостное сопротивление конденсаторных батарей и активное сопротивление ¡-й секции фильтра в составе ФКУ; / = 1...Ь, к - число секций фильтра; /„ - источник высших гармоник (нелинейная нагрузка).

Установлено, что полный суммарный ток, протекающий в цепи силового секционированного

фильтра определяется как:

/ = I . 1г

где к^ - коэффициент загрузки фильтра током у-й высшей гармоники. Остаточный коэффициент искажения формы кривой напряжения на шинах ГПП определяется как:

К„ =

1лр1

и,

■¿К,

1/доп

Кц в условиях изменения параметров вентильной нагрузки от вариации параметров технологического процесса и СЭС определяется исходя из выражения

К,

Пост

где

¿(и.^фф.? 1=1,1*к

%эффу

ъ

\1*п-д+1

где / - число учитываемых высших гармоник, п - число секций силового фильтра.

Показано, что поддержание Ка в заданном диапазоне на шинах ГПП в условиях изменения параметров вентильной нагрузки от вариации параметров технологического процесса и СЭС достижимо путем регулирования параметров ФКУ.

Положение 3.

Комплекс технических средств АСУЭ для автоматического непрерывного контроля КЭ, позволяющий минимизировать искажения формы кривой напряжения в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности и цветной металлургии.

Для наибольшей эффективности применения фильтров и осуществления управления режимами компенсации высших гармонических предполагается использовать ВИС. Идея совместной работы ВИС контроля КЭ -АСУЭ заключается в корректировке мощности ФКУ в зависимости от изменения уровня Кц и корректировке суммарной эффективности компенсации высших гармоник ФКУ. При этом производится оптимизация по уровню компенсации реактивной мощности и максимально допустимому числу коммутаций. Система ВИС контроля КЭ - АСУЭ (рис.6) осуществляет оперативный контроль уровня ПКЭ {Ки) и производит анализ режимов электроснабжения для реализации корректировки ПКЭ и приближения их уровня к нормируемому таким образом, чтобы удовлетворить ГОСТ 13109-97, т.е. уровень ПКЭ за контролируемый период превышает допустимый не

более чем на 5 %.

Коммутация дополнительных ФКУ должна осуществляться по команде ВИС с помощью сопрягающего устройства.

При вводе секции работающий и вновь вводимый фильтры могут образовать резонансный контур, что может привести к появлению циркули-

Уровень ВГ Параметры ФКУ

Рис.6. Система управления Ки

рующих между фильтрами токов, превышающих допустимые значения. Резонансные контуры могут возникать также при отклонении параметров входящих в состав секций ФКУ элементов. Поэтому система должна не-

прерывно контролировать уровни токов в секциях ФКУ и при превышении ими допустимых значений отключать или корректировать параметры секции. При значительной деградации КБ производится вывод деградировавшей секции ФКУ из работы с замещением ее резервной. Оценка степени деградации КБ определяется коэффициентом эффективности загрузки фильтра.

где часть тока высшей гармоник, генерируемой нелинейной

нагрузкой, в цепи фильтра и сети соответственно, причем 1у=1фУ+1С^ УфиУсу - проводимости фильтра и сети; добротность фильтра на промышленной частоте; кр - относительная величина мощности конденсаторной батареи; ки -коэффициент, равный отношению напряжения на шинах подстанции к номинальному напряжению батареи конденсаторов; к, -коэффициент, учитывающий изменение сопротивления питающей энергосистемы за счет влияния ФКУ; ур - номер частоты, на которую настраивается силовой фильтр.

Если принять, что после установки фильтра значение амплитуды соответствующей гармоники должно снизится в четыре раза (то есть коэффициент эффективности работы фильтра равен 0,25) то отклонения индуктивности и емкости должны находиться в пределах: аь = 0+0.02; «^=0-5-0,05. При отклонениях, превышающих указанные значения, перегрузки фильтра током высшей гармоники может привести или к выходу его из строя или к смещению частоты настройки и увеличению амплитуды соответствующей гармоники в сети предприятия.

Алгоритм регулирования Ки в заданном диапазоне с помощью ВИС представлен на рис. 7.

Рис. 7. Блок-схема алгоритма управления Кц

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дано решение научной задачи, заключающейся в разработке виртуальной измерительной системы контроля качества электрической энергии, введении ее в состав АСУЭ для оперативного контроля параметров электропотребления и повышения с ее помощью КЭ в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности и цветной металлургии.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана ВИС с открытой архитектурой, обеспечивающая контроль несинусоидальности напряжения при вариации параметров СЭС и технологических параметров с учетом их вероятностного характера.

2. Разработано алгоритмическое, математическое и программное обеспечение ВИС, позволяющее интегрировать в состав АСУЭ ВИС и реали-зовывать бесконфликтный способ минимизации искажения формы кривой напряжения в электротехнических комплексах предприятий горной промышленности. Математическое обеспечение ВИС включает интерполирование тригонометрическим полиномом 40-й степени с использованием численного интегрирования при нахождении коэффициентов ряда по методу Г. Гюрцеля рекуррентными соотношениями. В качестве исходной информации используется равномерная выборка из 301 мгновенных значений напряжения, полученных за отрезок времени, равный периоду основной частоты (Т=0,02 с). При интегрировании ВИС в состав АСУЭ используются измерения за период, адекватный периоду сбора информации АСУЭ при управлении в режиме реального времени.

3. При выборе аппаратной реализации применены унифицированные высокоточные электронные компоненты, работающие в стандарте РС-104, поскольку предполагаются жесткие условия эксплуатации. Стандарт РС-104 позволяет минимизировать габариты ВИС и легко интегрировать ВИС в состав АСУЭ.

4. Выполнена проверка адекватности алгоритмического, математического и программного обеспечения ВИС на основе Массива данных замеров мгновенных значений напряжения на шинах 10 кВ ОАО «Кандалакшский алюминиевый завод» при вариации мощности элктролизерной нагрузки (ВАКВ2 - 12500/850) в 1,5 раза

5. Установлены зависимости коэффициента искажения формы кривой напряжения в системах электроснабжения с вероятностным характером изменения параметров вентильной нагрузки от вариации параметров технологического процесса и параметров системы электроснабжения. Показано, что математическое ожидание Кц в СЭС обусловлено работой полупроводниковых агрегатов с различными схемами преобразования и определяется параметрами СЭС и их взаимодействием, коррелированным параметрами технологического процесса. Для достижения Кц<5% в условиях предприятий цветной металлургии необходимо, чтобы загрузка силового трансформатора была не более 10%. Поэтому в качестве основного средства улучшения формы кривой напряжения в сетях с мощными полупроводниковыми преобразователями могут рассматриваться лишь силовые фильтры высших гармоник, мощность которых должна соответствовать текущему уровню генерации ВГ в электротехнических комплексах.

6. Предложен бесконфликтный способ минимизации искажения формы кривой напряжения с использованием программно-технического комплекса ВИС контроля КЭ, предусматривающий введение ее в состав АСУЭ и осуществление оперативного контроля величины Ки в соответствии с периодом дескритизации, принятым в АСУЭ, коммутацию ФКУ при ограничении числа переключений допустимой величиной, принятой для коммутационной аппаратуры, и замещении отключенной ФКУ другими источниками реактивной мощности для достижения оптимального уровня, генерируемого местными источниками.

7. Для ограничения перегрузки секций фильтра током высших гармонических и минимизации отклонения коэффициента искажения формы кривой напряжения от нормируемого значения отклонения индуктивности и емкости в секциях не должны превышать соответственно 0,02 и.0,05.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. . Лозовский С.Е. «Определение коэффициента несинусоидальности кривой напряжения с использованием ПЭВМ.», в сборнике «Программа и тезисы научной конференции студентов и молодых ученых Горноэлектромеханического факультета», СПб., 1995, с. 12.

2. «Повышение эффективности нефтедобычи при лимитировании электропотребления». Всероссийский молодежный научный форум «Интеллек-

туальный потенциал России — в XXI век», Сборник статей. СПб., 1995, с.34-37.

3. «Определение коэффициента несинусоидальности в сетях предприятий горной промышленности», в сборнике тезисов научной конференции студентов и молодых ученых СГПТИ (ТУ), СПб., 1996, с.54.

4. «Виртуальная микропроцессорная измерительная система», Ежегодная научная конференция молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» СПГГИ (ТУ), сборник тезисов, Санкт-Петербург, 1997, с.78.

5. «Виртуальная микропроцессорная измерительная система контроля качества электрической энергии», V Международный горно-геологический форум. Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология. Тезисы докладов. СПб., 1997. В.М., соавтор Гульков, с.34.

6. «Виртуальная микропроцессорная измерительная система контроля качества электрической энергии.» Сборник статей Производственно-технического совещания, г. Альметьевск. 1997,соавтор В.М. Гульков, с.82-84.

7. «Интеграция виртуальной измерительной системы в АРМ диспетчера электросети» Ежегодная научная конференция молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» СПГГИ (ТУ), сборник тезисов, Санкт-Петербург, 1998, с.26.

8. «Виртуальная микропроцессорная измерительная система контроля ПКЭ.» Сборник статей межвузовской научно-практической Конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». Воркута 1998 с.58-62.

9. «Проблемы проектирования подстанций, систем контроля качества электроэнергии и учета энергопотребления для предприятий горной промышленности» Сборник статей Наука в СГПТИ (ТУ). Выпуск 3. Санкт-Петербург, 1998, соавторы Абрамович Б.Н. Грин A.B. и др., с.262-274.

10. «Анализ и измерение качества электроэнергии при помощи виртуальной измерительной системы.» Третья Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Сборник тезисов. Санкт-Петербург, 1998, с.64.

11. «Характеристики виртуальной измерительной системы контроля качества электрической энергии» Ежегодная научная конференция молодых

ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» СПГГИ (ТУ), сборник тезисов, Санкт-Петербург, 1999, с.26.

12. «Характеристики виртуальной измерительной системы контроля качества электрической энергии» Ежегодная научная конференция молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» СПГГИ (ТУ), сборник статей, Санкт-Петербург, 1999, с.82-84.

13. «Система контроля качества электроэнергии на горных предприятиях» Ежегодная научная конференция молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» СПГТИ (ТУ), сборник тезисов, Санкт-Петербург, 2000, с.21.