Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Главаї. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
РЕЖИМА ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 8
Сущность проблемы высших гармоник 8
Диагностика систем электроснабжения 12
Методы расчета несинусоидальных режимов 16
1.4. Схемы замещения пассивных элементов системы электро
снабжения в расчетах режимов высших гармоник 23
1.5. Составление математического описания рассматриваемых
режимов с помощью систем уравнений 28
Составление математического описания режима высших гармоник 28
Выбор формы узловых уравнений 30
1.6. Методы решения системы узловых уравнений 31
1.7. Основные направления развития проблемы анализа несину
соидальных режимов и задачи исследований 3 5
Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕЖИМА
ВЫСШИХ ГАРМОНИК ДЛЯ НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ НАПРЯЖЕ
НИЯ В ТОЧКЕ ОБЩЕГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ 37
Постановка задачи 3 7
Иерархическая модель режима высших гармоник 38
Математические модели элементов 42
Линии электропередачи 43
Трансформаторы 49
Комплексная электрическая нагрузка 51
Математическая модель режима высших гармоник 52
Выводы по второй главе 58
Глава 3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ВЫСШИХ ГАРМОНИК
В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧНСКИХ СЕТЯХ ЭНЕРГО
СИСТЕМ 60
Постановка задачи 6 0
Методика расчетов 60
Алгоритм расчета 67
Автоматизация расчетов режимов высших гармоник 70
Численные исследования необходимости учета удаленных
от точки общего присоединения источников высших гармоник 71
3.6. Экспериментальная проверка полученных результатов 77
3.5. Выводы по третьей главе 81
Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТИРОВАНИЯ ПРИ АНАЛИЗЕ
НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ 82
Постановка задачи 82
Критерии эквивалентности преобразований 84
Алгоритм и программа эквивалентирования подсистем электрических сетей энергосистем 86
Эквивалентирование распределительных сетей энергосистем 90
Эквивалентирование электрических сетей потребителей 96
4.6 Выводы по четвертой главе 109
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 112
ПРИЛОЖЕНИЯ 119
Ш. Схемы замещения пассивных элементов схемы электроснаб
жения 120
П2. Программа расчета режимов высших гармоник в распредели
тельных сетях энергосистем 125
ПЗ. Справки и акты о внедрении 143
Введение к работе
Качество электроэнергии - это совокупность свойств, определяющих воздействие на электрооборудование, приборы и аппараты и оцениваемых показателями качества электроэнергии, численно характеризующими уровни электромагнитных помех в системе электроснабжения по частоте, действующему значению напряжения, форме его кривой, симметрии и импульсам напряжения.
Качество электрической энергии является составляющей электромагнитной совместимости, характеризующей электромагнитную среду. Ухудшение качества электроэнергии, или другими словами, повышение уровня электромагнитной совместимости в системе электроснабжения, обусловлено технологическим процессом производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, т.е. процессом ее функционирования
Проблема качества электрической энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий продолжает оставаться одной из важнейших, определяющих надежность и эффективность электроснабжения потребителей. Одной из основных ее составляющих частей является проблема высших гармонических составляющих (далее высшие гармоники). Источники высших гармоник - промышленные потребители с нелинейными вольт-амперными характеристиками, а также отдельные устройства, широко применяющиеся во всех областях жизнедеятельности человека, резко ухудшают качество электрической энергии. Высшие гармоники в зависимости от их характера, интенсивности и продолжительности отрицательно влияют на работу систем автоматики и телемеханики, снижают экономичность и надежность работы электрических сетей, уменьшают срок службы электрооборудования и приводят к ряду других нежелательных последствий [1,2,3,4 и др]. Экспериментальные исследования, проводимые в нашей стране и за рубежом, показывают, что уровни высших гармоник нередко превышают установленные допустимые значения и год от года возрастают из-за увеличения количества мощных потребителей, генерирующих высшие гармоники. Для прогнозирования параметров несинусоидальных режимов в системах электроснабжения и распределительных сетях энергосистем на этапе проектирования, а также для определения уровней высших гармоник в точке общего присоединения, необходимо решить задачу расчета параметров высших гармоник в распределительных сетях энергосистем и в системах электроснабжения.
В нашей стране и за рубежом достигнуты значительные результаты в решении проблемы высших гармоник. Вопросы, связанные созданием методов расчета несинусоидальных режимов впервые были поставлены в работах Константинова Б.А., Либкинда М.С., Мельникова М.А.. Большой вклад в нашей стране внесли Глинтерник СР., Гераскин О.Т., Жежеленко И.В., Крайчик Ю.С., Кучумов Л.А., Липский A.M., В.Н., Самородов Г.И., Саенко Ю.Л., Солодухо Я.Ю., Тимофеев Д.В., Тонкаль В.Е., Трофимов Г.Г., Черепанов В.В., Шалимов М.Г., Шидловский А.К. и другие, за рубежом - Аллилага, Д. Брэдли, Диодехи Хиа, А. Роберт и многие другие.
Основополагающими работами в области анализа несинусоидальных режимов СЭС промышленных предприятий являются труды И.В. Жежелен-ко. Результатом этих научных разработок явилось создание детерминированных методик расчета несинусоидальных режимов сравнительно небольших СЭС промышленных предприятий, а также предпосылок для разработки вероятностных методов расчета.
Значительное усложнение научных и инженерных задач обеспечения качества электроэнергии, решаемых методами моделирования, потребовало повышения уровня автоматизации при постановке задач моделирования на ЭВМ. В связи с этим практическую ценность приобретает разработка принципиально новых методов и эффективных с вычислительной точки зрения алгоритмов анализа рассматриваемых режимов, ориентированных на решение задач высокой размерности и реализуемых в виде программ для ЭВМ.
Целью диссертационной работы является развитие методов и разработка новых подходов к расчету несинусоидальности напряжений и токов в точке общего присоединения (ТОП).
Разработанные в диссертации новые подходы к расчету режимов высших гармоник позволяют усовершенствовать математическое обеспечение при решении задачи повышения качества электроэнергии в распределительных сетях энергосистем и систем электроснабжения предприятий.
Научная новизна.
Предложена математическая модель установившегося режима высших гармоник распределительных электрических сетей энергосистем.
Для расчета установившихся режимов высших гармоник предложена
схема замещения линий электропередачи с учетом распределенности параметров линий.
Разработан новый подход к учету комплексных коэффициентов трансформации при расчете режимов высших гармоник.
Предложен метод эквивалентирования распределительных сетей энергосистем с учетом комплексных коэффициентов трансформации и распределенности параметров линий электропередачи.
Практическое значение работы.
Разработанная методика, алгоритм и программа расчета позволяют определить долевой вклад потребителей в несинусоидальность напряжения в ТОП на стадии выдачи технических условий на присоединение потребителей.
Разработанные методика и программа позволяют решать практические задачи по улучшению качества электроэнергии по показателю несинусоидальность напряжения в системах электроснабжения предприятий и в ТОП.
Положения, выносимые на защиту.
1) Математические модели линии электропередачи с учетом распределенности параметров и трансформаторов с учетом комплексных коэффициентов трансформации.
Математическая модель установившегося режима высших гармоник распределительных сетей энергосистем.
Методика, алгоритм и программа расчета параметров установившихся режимов высших гармоник в распределительных сетях энергосистем.
Методика эквивалентирования распределительных электрических сетей и определение частотных характеристик сопротивлений узлов электрической сети с учетом распределенности параметров линий и комплексных коэффициентов трансформации.
Для достижения поставленной цели в диссертации выполнены теоретические исследования, основанные на использовании принципов кибернетического моделирования, алгебры матриц и эквивалентирования электрических схем, теории вероятностей и математической статистики. Численные исследования несинусоидальных режимов использованы для изучения закономерностей изменения параметров режимов высших гармоник в распределительных сетях энергосистем и систем электроснабжения и проверки адекватности предложенных математических моделей и теоретических выводов.
Основные теоретические положения и результаты исследований, полученные в данной диссертационной работе, реализованы в виде практических методик, алгоритмов и программ.
Диссертация состоит из введения; четырех глав; заключения; списка литературы, включающего 98 наименований; 2 приложения. Общий объем диссертации 145 страницы машинописного текста (включая список литературы), рисунки 90, таблицы 3. Общий объем приложений 23 страницы машинописного текста.
В первой главе дан анализ состояния проблемы расчета параметров установившихся режимов высших гармоник в распределительных электрических сетях энергосистем и системах электроснабжения предприятий, а так же анализ существующих методик определения расчетным путем долевого вклада в несинусоидальность напряжения в ТОП потребителей. Сформулированы цели и задачи диссертационной работы.
Вторая глава посвящена разработке схемы замещения линии электропередачи с учетом распределенности параметров линий электропередачи, схемы замещения трансформатора с учетом комплексных коэффициентов трансформации и схемы замещения комплексной нагрузки. Разработана математическая модель установившегося режима высших гармоник.
Третья глава посвящена разработке методики, алгоритма и программы расчета режимов высших гармоник в распределительных сетях энергосистем и систем электроснабжения предприятия. Проведены численные исследования влияния собственного и нескольких удаленных источников высших гармоник на расчет режима в точке общего присоединения.
Четвертая глава посвящена эквивалентированию распределительных электрических сетей при анализе несинусоидальных режимов. Исследована возможность эквивалентирования распределительных сетей энергосистем до тридцати ближайщих узлов к точке общего присоединения. Проведены ис-
следования учета кабельных линий, трансформаторов и устройств компенсации реактивной мощности во внутризаводских сетях. Данные исследования проводились с целью сокращения времени, необходимого на сбор исходных данных для расчета параметров режимов высших гармоник.
В приложениях приведены схемы замещения и алгоритмы, которые используются в программе расчета режима высших гармоник и подробно описана программа расчета высших гармоник в распределительных сетях энергосистем.
