Содержание к диссертации
Введение
Анализ методов расчета показателей качества электро энергии в промышленных электрических сетях II
Влияние снижения качества электроэнергии на условия работы электроприемников II
Общая характеристика процессов изменении напряжения в сетях с разными типами резкопеременных нагрузок 13
Характеристика процессов прокатного производства 14
Особенности процессов в сетях с руднотермическими и дутовыми сталеплавильными печами 16
Методы расчета ПКЭ в сетях с резкопеременными нагрузками. Постановка задач диссертации 20
Методы исследований показателей качества электроэнергии в сетях с резкопеременными нагрузками 32
Методика проведения исследований 32
Общий подход к определению параметров энергетического спектра огибающей напряжения в питающей сети 38
Результаты пробных экспериментальных исследований 42
Аппаратура для проведения исследований 42
Определение частотного диапазона энергетического спектра колебаний напряжения 47
Проверка гипотезы стационарности процессов изменений напряжения в сетях с резкопеременными нагрузками 52
Выбор оценки спектральной плотности процессов изменений напряжения на основе анализа эффективности корреляционных окон 58
Порядок проведения массовых замеров ПКЭ
Выводы 67
Вероятностные и спектральные характеристики пока зателей качества электроэнергии в сетях с разными типами резкопеременных нагрузок 69
Спектральные и корреляционные характеристики колебаний напряжения 69
Спектральные и корреляционные характеристики коэффициента несимметрии напряжения 73
Числовые характеристики коэффициента несинусоидальное ти напряжения 80
Экспериментальное определение законов распределения показателей качества электроэнергии в сетях с резкопеременными и несимметричными нагрузками 90
Выводы 103
Определение показателей качества электроэнергии на стадии проектирования и в сетях действующих предприятий и использование их в некоторых расчетах 104
Определение показателей качества электроэнергии как мощности искажения 104
Определение показателей качества напряжения на основе спектрального анализа кривой напряжения 104
Учет частотных характеристик электрооборудования при определении показателей качества электроэнергии 108
Оценка допустимости колебаний напряжения в сетях с резкопеременными нагрузками 109
Расчет показателей качества электроэнергии в сетях действующих предприятий 116
Разграничение отклонений и колебаний напряжения 116
Практические способы оценки отклонений и колебаний напряжения 119
4.4. Влияние качества электроэнергии на расчеты между потребителями и энергосистемой 126
4.5. Методы расчета параметров батарей конденсаторов в сетях с резкопеременными нагрузками 134
4.6. Выводы 143
Заключение 145
Библиографический список
- Влияние снижения качества электроэнергии на условия работы электроприемников
- Определение частотного диапазона энергетического спектра колебаний напряжения
- Спектральные и корреляционные характеристики колебаний напряжения
- Определение показателей качества электроэнергии как мощности искажения
Введение к работе
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, намеченных ХХУІ съездом КПСС, предусмотрено дальнейшее усиление интенсификации общественного производства и повышение эффективности народного хозяйства /I/. На современном этапе главным в экономике страны становится повышение эффективности использования материальных ресурсов, в том числе топливно-энергетических. Поэтому необходимо сосредоточить внимание на повышении производительности труда, более полной отдаче производственных фондов и капитальных вложений, улучшении качества продукции.
В области электроэнергетики при все увеличивающихся масштабах электропотребления весьма значительной для народного хозяйства страны является проблема снижения потерь и повышения качества электрической энергии. Рост числа и мощности электроприемников с резкопеременным и несимметричным характером нагрузки, нелинейными вольт- и веберамперными характеристиками вызывает ухудшение качества электроэнергии, а соответственно уменьшение количества и снижение качества выпускаемой продукции, порчу материалов, расстройку технологических процессов, повреждение оборудования и снижение срока его службы, увеличение потерь электроэнергии. Ущерб от низкого качества электроэнергии по стране составляет, по экспертным оценкам, ежегодно более 2 млрд.рублей /86/. Работы по проблеме повышения качества электрической энергии по постановлениям ГК НТ СССР включены в 11-й пятилетке в планы важнейших. Целенаправленное решение проблемы позволит получить значиглую экономию материальных и трудовых ресурсов.
Исследования в области повышения качества электроэнергии ведутся во ВНРШЭ, ШИН имени Г.М.Кржижановского, ИЭД АН УССР,ВНШШ Тяжпромэлектропроекте, Электропроекте, МЗИ, Ленинградском инженер но-экономическом институте, Ленинградском, Киевском, Новочеркасском, Горьковском, Донецком политехнических институтах, Еданов-ском металлургическом институте и ряде других вузов и организаций. Достигнутые результаты позволяют судить о целесообразности работ в данном направлении. Одним из результатов проводимых исследований является создание и последующая корректировка ГОСТ 13109-67 /31/ на качество электрической энергии. Результаты многих теоретических и экспериментальных исследований доведены до реализации на промышленных предприятиях и дают большой экономический эффект.
Однако ряд вопросов, связанных с проблемой повышения качества электрической энергии, требует дальнейшего исследования и решения. К ним можно отнести ограниченные данные по характеристикам показателей качества электроэнергии в сетях с разными типами рез-копеременных нагрузок. Принятая ГОСТ 13109-67 система показателей качества электроэнергии (ПКЭ) и существующие методы расчета их позволяют получить удовлетворительные результаты только в случаях, когда частоты изменений отдельных показателей невелики. Важным остается вопрос о необходимой продолжительности измерений случайных процессов изменений напряжения и отдельных ПКЭ в сетях с быстроиз-меняющимся характером нагрузок. Не полностью проведены исследования по выбору параметров компенсирующих устройств, предназначенных для поддержания качества электроэнергии в сетях с несинусоидальным и несимметричным напряжением при наличии его колебаний. Исследованию и разработке этих вопросов и посвящена настоящая работа.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Характерной особенностью современных промышленных предприятий является увеличение удельного веса электроприемников с резкопеременным характером нагрузки, оказывающих специфическое влияние на качество электрической энергии в питающей сети. Эта специфичность характеризуется относительно высокой часто той изменений уровней высших гармоник, несимметрией и появлением колебаний напряжения. Результаты многих экспериментальных исследований, проведенных в последние годы, показывают, что качество электроэнергии на большинстве промышленных предприятий, особенно в сетях с разными типами резкопеременных нагрузок, не отвечают требованиям ГОСТ 13109-67 по одному или нескольким показателям /11,17,21,28,36,60,65,73,80,93 и др./. В связи с этим проблема повышения качества электрической энергии является одной из актуальных проблем современной электроэнергетики.
Для анализа, контроля и управления качеством электрической энергии необходима количественная оценка показателей, установленная таким образом, чтобы качество можно было измерить, сравнить, оценить доступным образом влияние его на электрооборудование.Случайный характер изменений напряжения в электрических сетях с рез-копеременными нагрузками предъявляет особые требования к выбору количественных критериев оценки его качества, для которых целесообразно применить математический аппарат теории случайных процессов. Вероятностно-статистический подход при выборе критериев качества напряжения впервые был предложен французскими учеными Айере и ІЬссаном /115,120/. В нашей стране интегральные критерии получили развитие в работах Архипова Н.К., Веникова В.А., Жежеленко И.В., Константинова Б.А., Багренного Э.Г., Либкинда М.С, Солдаткиной І.А, Шидловского А. К. и др.
Для получения полной информации о случайных процессах изменений ПКЭ в отдельности и во взаимосвязи, необходимо определить характер случайного процесса, его числовые, корреляционные и спектральные характеристики. Это позволит наиболее эффективно выбрать методы расчета ПКЭ для сетей с изменяющимися во времени показателями, средства нормализации ПКЭ, установить закон регулирования их.
диссертационная работа выполнялась в соответствии с целевой программой 0Ц.003 - "Дальнейшее развитие единой энергетической системы СССР с целью повышения ее эффективности, надежности работы и снижения потерь электроэнергии в электросетях" (подпрограммой 0.0І.ІЗЦ "Повышение качества электроэнергии по напряжению и снижению потерь в электрических сетях ЕЭС СССР"), утвержденной в качестве важнейшей Постановлением Государственного Комитета при Совете Министров СССР по науке и технике и Госплана СССР, В 473/ 249 от 12.12.80 г. и координационным планом научно-исследовательских работ по проблеме "Потери электроэнергии и их компенсация", утвержденным приказом МВССО СССР $ 443 от 28.04.80 г. (тема 1.2), соискателем выполнения которых является кафедра электроснабжения Ідановского металлургического института.
Методы исследований. В работе используется комплексная методика исследований, включающая теоретический анализ на основе вероятностно-статистических и спектральных методов теории случайных процессов и исследования ПКЭ в сетях с разными типами резкопере-менных нагрузок, основанные на натурных экспериментах в электрических сетях ряда промышленных предприятий.
Научная новизна. Впервые получены значения числовых характеристик и спектральных плотностей ЖЭ, обосновано применение их аппроксимирующих выражений для сетей с резкопеременными и несимметричными нагрузками типа обжимных прокатных станов, руднотермиче-ских и дуговых сталеплавильных печей и др., что позволяет широко применять методы математического моделирования этих нагрузок для оценки результатов воздействия изменяющихся во времени ЖЭ на батареи конденсаторов и другие виды силового электрооборудования.
Разработаны обобщенный подход к определению ЩЭ и методика определения ЖЭ в сетях с резкопеременными и несимметричными нагрузками в условиях действующих предприятий и на стадии проектирования.
Обоснована целесообразная длительность замеров ЖЭ в сетях с резкопеременными нагрузками в условиях эксплуатации с целью получения достоверной информации при минимальной величине объема выборки.
На основании методов теории случайных процессов проведено исследование условий работы батарей конденсаторов в сетях с резко-переменными и несимметричными нагрузками.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований определены длительности замеров ПКЭ в условиях эксплуатации, которые положены в основу соответствующих изменений, введенных в скорректированный вариант ГОСТ 13109-67.
Разработана методика расчета ПКЭ в сетях с резкопеременными нагрузками типа дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и прокатных станов, основанная на учете случайного характера ПКЭ.
Разработана методика выбора параметров батарей конденсаторов (БК) и фильтро-компенсирующих устройств (ФКУ) при наличии изменяющихся несинусоидальности, несимметрии и колебаний напряжения питающей сети.
Разработаны алгоритм и программы расчета ПКЭ в сетях с резкопеременными и несимметричными нагрузками.
Реализация в промышленности. Результаты исследований внедрены в объединении "Ижсталь" (Предприятие почтовый ящик A-I950) при разработке мероприятий по снижению дефицита реактивной мощности и улучшению качества напряжения в электрических сетях. Экономический эффект от внедрения составляет 70,5 тыс.руб. в год. А также внедрены в проектную практику Киевского отделения УИИ Тяжпромэлектро-проект при проектировании системы электроснабжения Кременчугского сталеплавильного завода, что позволило получить экономический эффект в сумме 23,7 тыс.руб. в год.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях в ВДНШ им.Ф.Э.Дзержинского /г.Москва, 1978 г., 1983 г./, в ин статуте электродинамики АН УССР /г.Киев, 1978-1983 гг./, в Уральском ДНТП /гЛелябинск, 1983 г./, на Всесоюзной научно-технической конференции "Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий" /г.й&анов, 1983 г./, на Всесоюзном семинаре "Электроснабжение крупных электросталеплавильных цехов /вопросы регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности/" /г.Москва, ВДНХ, 1983 г./, на Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники" /г.Киев, 1983 г./, а также в Задановском металлургическом институте на семинарах АН УССР "Современные проблемы энергетики".
Основные положения» выносимые на защиту.
Методика практических исследований ПКЭ в сетях с резкопере-менными и несимметричными нагрузками типа ДСП, прокатных станов, руднотермических печей и печей электрошлакового переплава (ПЭШП), основанная на спектральных методах.
Результаты экспериментальных и теоретических исследований ПКЭ в сетях с резкопеременными нагрузками.
Методика расчета колебаний напряжения, основанная на определении величин дозы колебаний и эквивалентного размаха и средней частоты колебаний, позволяющая определить результаты их воздействия на разные типы электрооборудования.
Методика расчета параметров БК и ФКУ для сетей с изменяющимися во времени показателями электроэнергии.
Влияние снижения качества электроэнергии на условия работы электроприемников
Важным и прогрессивным шагом на пути решения проблемы повышения качества электрической энергии в сетях промышленных предприятий и энергосистем явилось создание ГОСТ 13109-67 /31/, нормирующего допустимые уровни показателей качества электроэнергии (ПКЭ). Однако, проблема повышения качества электроэнергии остается актуальной, поскольку, во многих случаях в сетях промышленных предприятий и энергосистем уровни ПКЭ превышают нормы, регламентируемые ГОСТ 13109-67 /16,17,21,28,36,37,74,81,93/.
Ухудшение качества электроэнергии, как отмечалось неоднократно в литературе, отрицательно влияет на электрооборудование. Установлено /56,63/, что отклонения напряжения приводят, напри- мер, к снижению производительности электротермических, электролизных и различных электронагревательных установок. Так, при отклонении напряжения -5 %, производительность руднотермической печи типа РКЗ-16,5 уменьшается на 12 % /60,74/, производительность электролизера - на 8 % /98/. Наблюдается ухудшение качества электрической сварки, сопровождающееся возникновением различных дефектов готовой продукции, также обусловленное отклонениями напряжения /17/. Отклонения напряжения, даже не превышающие допустимые, могут приводить, как показано в /105,114/, к снижению освещенности рабочих мест на 10-15 %, что, в свою очередь, приводит к снижению производительности труда, увеличению производственного брака.
Высшие гармоники, генерируемые нагрузками с нелинейными вольт- и веберамперными характеристиками, вызывают дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах, электросетях, затрудняют использование конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности /13,36,43,48/, сокращают срок службы изоляции электрических машин, кабелей, конденсаторов /106,118/, являются причиной появления погрешности электрических счетчиков /18,99/, Несинусоидальность напряжения даже в допустимых ГОСТ 13109-67 пределах вызывает снижение располагаемой реактивной мощности не-явнополюсных машин на 18 % /14/. В /124/ отмечено, что высшие гармоники могут вызывать перегрев синхронных машин и появление сверхтоков в энергосистеме.
В суммарной нагрузке отдельных предприятий доля несимметричных нагрузок может достигать 85-90 %9 что приводит к значительной несимметрии токов и напряжений, и соответственно, к снижению технико-экономических показателей приемников электроэнергии.Так,увеличение коэффициента несимметрии до 4 % влечет за собой сокращение срока службы изоляции примерно в 2 раза /37/. Избежать дополнительного нагрева вращающих машин всех типов при наличии несимметрии можно снизив напряжение обратной последовательности не менее, чем до 1,5 % /118/. Увеличение несимметричного распределения мощности по фазам руднотермической печи более, чем на 20 % приводит к снижению плановой производительности печи на 30-40 % и более чем на 40 % увеличивает удельный расход электроэнергии, что является причиной значительного ущерба, могущего превысить 500 тыс. руб. в год для одной печи /75/.
Отрицательное влияние колебаний напряжения прежде всего проявляется на зрительном восприятии, вызывая утомляемость зрения человека и снижение его работоспособности /77,78,114/. Колебания напряжения отрицательно влияют на работу электрооборудования и электротехнологических установок. В /60/ показано, что колебания (выбросы) напряжения величиной 10 25 % могут вызывать повреждения конденсаторов и выпрямительных агрегатов. Отмечено увеличение времени плавки в дуговой сталеплавильной печи при наличии колебаний напряжения в сети /42/. Как показали исследования /16,17/, допустимые колебания напряжения для сетей с машинами контактной сварки не должны превышать 3-5$, а продолжительность их должна быть не более 0,02с, чтобы избежать ложных срабатываний системы управления сварочными агрегатами.
Процесс изменения уровней ПКЭ в электрических сетях носит, как правило, случайный характер. Для контроля и управления качеством электроэнергии с целью ликвидации отрицательных последствий ухудшения уровней ЖЭ необходимо определение основных характеристик случайных процессов изменений ПКЭ с достаточной для практики степенью точности и достоверности.
Определение частотного диапазона энергетического спектра колебаний напряжения
Для определения высших f & и низших 5Н частот в спектре исследуемого сигнала, позволяющих уточнить расчетные значения шага дискретизации At , миншлальную длину реализации и других данных, необходимых для замены цифровой случайной последовательностью непрерывно записанного процесса, проводились пробные замеры в соответствии с методикой ri.2.I.
В соответствии со схемой прокатки на обжимном стане 950 каждая "штука" в зависимости от профиля и необходимой величины обжатия прокатывается за 13-17 проходов металла через валки. Длительность отдельных проходов металла через валки Tn , как показали проведенные исследования, изменяется в пределах от 2-2,2; с до 4-7 с (без учета кантовок и пауз между отдельными проходами)или от 2,6-3 с до 6,2-12 с (с учетом кантовок и пауз),а длительность всего цикла прокатки Тц, изменяется от 60 до 90 с и от 90 до 120 с. Низшую частоту процесса можно определить из соотношения fH = -— или j = - . Значения fH для заготовочного стана 950 при различных схемах прокатки приведены в табл. 2.1.
Следовательно, низшая частота, выделяемая в процессе, зависит от цикла прокатки; ее целесообразно определять как
Низшие частоты процесса f для других типов нагрузок определены аналогично по выражению (2.23). Следует отметить, что для ино-рапгашх установок при определении h вводило» брать ж-бо цикл плавки, если нагрузка не имеет резких изменений во времени (печи Э1Ш), либо интервалы времени, в течение которых происходят незначительные изменения нагрузки. Например, в сети с рудно-термической печью, как уже отмечалось, спокойные режимы электропотребления могут чередоваться с резкопеременными, следующими непосредственно после включения печи либо подвалки шихты. Отклонение от нормального режима после включения печи длится, как показали проведенные исследования, около одного часа, после подвалки шихты - час и более, іінализ регистрограмм и осциллограмм, а также показаний измерительных приборов позволяет выделить для указанных режимов работы руднотермической печи участки длительностью ТУЧ от 5 до 12 минут, в течение которых не происходит существенных изменений токов и нацряжений. Подобный подход позволил выделить Туц длительностью 2-5 минут в сети с ДСЇЇ-200. Для определения -$п в сети с руднотермической печью и ДСП-200 в формуле (2.23) вместо Тц использованы Тцц .
Реальные значения высшей частоты j6 процесса изменений напряжения в сетях с указанными типами нагрузок определены методом проб. Дяя реализаций разной длительности получены спектральные характеристики, анализ которых позволил определить f g . Полученные значения низшей fH и высшей f 6 частот для различных типов нагрузок приведены в табл.2.2.
Шаг дискретизации по времени At определен двумя способами на основании выражений (2.1-2.2). На рис.2.5 2.8 приведены фрагменты регистрограмм случайного процесса изменений U(t) в сетях с ДСП-200 (рис.2.5), станом 950 (рис.2.6), руднотермической печью (рис.2.7) и мелкосортным станом 250 (рис.2.8) для определения At в соответствии с выражением (2.1). На этих же рисунках показаны линии математического ожидания процессов U(t). Результаты расчета шага квантования At при различной относительной погрешности описания корреляционной функции 1 р приведены в табл. 2.3. Полученные результаты позволяют выбрать шаг дискретизации и минимально) длительность реализации для массовых замеров. Принимаем для обжимных прокатных станов At = 0,2с, для стана 250 At =1с, для руднотермжческой печи At = 0,5с, для ДСП-200 At = 0,15с, для 11Э1Ш At =1е.
Погрешность во всех случаях _ меньше 10 %. Минимальная длительность реализации не должна быть меньше значений, приведенных в табл.2.4, соответствующих.10 %-й погрешности.
Определение класса функции напряжения сети подробно рассмотрено на примере сети, питащей обжимной прокатный стан. В сети прокатного стана снята одна из реализаций линейного напряжения длительностью 35 мин., которая при схеме прокатки "цикл = 17 проходов", содержит 20 полных циклов. Визуальный анализ полученной регистрограммы показал, что изменения напряжения на участках, соответствующих отдельным проходам металла через валки, различны и процесс явно нестационарный; можно предположить, однако, что в течение более длительного времени процесс будет близок к стационарному. Исходя из этого предположения всю реализацию разбиваем на А равных частей длительностью ЮОс (А = 20). Чтобы проверить стационарность исследуемого процесса на более коротких участках (или убедиться в обратном), каждый из полученных интервалов разбиваем еще на 4 равные части, которые содержат по 3-4 прохода "штуки" через валки. Таким образом, числовые характеристики рассчитываем для Д. Д: интервалов исходной реализации соответственно равных: - ; —- ; т.к. 4- 2 - ; А;. На основании принятых ранее допущений наблюдения на раз личных интервалах полагаем независимыми; числовые характеристики, определенные по выражениям (2.9- 2.10), представлены в табл.П.2.1 - П. 2.2, соответственно для целых интервалов регистрограммы и частей интервалов. Более наглядно проследить за изменениями m и и б\ можно по графикам, построенным по табличным данным для 10 интервалов (рис.2.9, 2.10). И графики, и таблицы показывают, что числовые характеристики процесса стабилизируются при интервалах, равных циклу прокатки, и значительно разнятся при меньших интервалах времени. Поэтому гипотезу стационарности целесообразно проверить, принимая в расчет только целые интервалы Д. j, . [Графики изменения ти и б у только для целых интервалов реализации представлены на рис.2.II а,б. Чтобы подтвердить независимость наблюдений, полученные результаты проверены по критерию серий (2.6).
Спектральные и корреляционные характеристики колебаний напряжения
В соответствии с разработанной методикой практических исследований ПКЭ в сетях с резкопеременными нагрузками проведены массовые измерения ПКЭ. С целью определения характеристик случайных процессов изменений напряжения V(t) были рассчитаны нормированные корреляционные функции. Характер изменений процесса U(t в сети обжимного прокатного стана 950 показан на рис.2.6. Экспериментальные нормированные корреляционные функции, полученные в соответствии с (2.16) для различных схем прокатки, показаны на рис.2.12.
Экспериментальные нормированные корреляционные функции случайного процесса V(t) изменения напряжения в сети руднотермической печи представлены на рис.3.1. Фрагмент записанного процесса приведен на рис.2.7. На рис.2.5 и 3.2 показаны соответственно фрагмент записи процесса U(t) и характер изменения нормированных корреляционных функций случайного процесса изменений напряжения в сети ДСП-200. Фрагменты записи процесса TJ(t) в сети, нагрузками которой являются печи ЭШП и стан 250, а также нормированные корреляционные функции этого процесса приведены в приложении П.З.
Все нормированные корреляционные функции хорошо аппроксимируются аналитическими выражениями (2,24 2.25). Параметры ос и со0 полученные при аппроксимации норгдированных корреляционных функций случайных процессов изменений напряжения U(t) в сетях с указанными типами нагрузок, приведены в табл.3.1.
Анализ экспериментальных нормированных корреляционных функций случайного процесса изменений напряжения U(t) в сетях с резкопеременными нагрузками показал, что хотя все они описываются одинако На рис.(3.3 3.5) показаны спектральные плотности случайного процесса изменений напряжения "U (t) в сетях с заготовочным станом 950 (рис.3.3.), руднотермической печыо (рис.3.4) и ДСП-200 (рис.3.5). Пунктирными линиями на этих рисунках показаны кривые, атфоксимируодие спектральные плотности процессов. В приложении П.З приведены спектральные плотности для сети мелкосортного стана 250 и ЇЇЗЩ.
Для сетей с несимметричными нагрузками типа руднотермических печей, дуговых сталеплавильных печей, печей ЭШП и т.п. важным становится вопрос об определении спектральных и корреляционных характеристик напряжения обратной последовательности.
Рассмотрим сначала метод определения коэффициента несимметрии для относительной спокойной нагрузки, а затем укажем на возможность его использования при резких изменениях нагрузки. Предлагаемый метод позволяет на основании измерений линейных (междуфазных) напряжений аналитически определить напряжение нулевой последовательности, характеризующее смещение нейтрали, и напряжения прямой и обратной последовательностей по модулю и аргументу. На рис.3.6 представлена векторная диаграмма фазных и межфазных напряжений
трехфазной сети при несимметрической нагрузке. Перейдем от извест . . ных линейных напряжений Ud6 ,UBC » ас к фазным UA , UB , Uc .
Для этого выберем систему координат ХОУ, проходящей через центр тяжести треугольника (точка 0 рис.3.6). Модули фазных напряжений в этом случае равны:
Расчет коэффициента несимметрии напряжения для резкоперемен-ных режимов работы сети целесообразно выполнять вероятностно-статическими методами. Для этого непрерывно записанный процесс изменений трех линейных напряжений заменяем в соответствии с приведенной ранее методикой (п.2.1) цифровой случайной последовательностью и находим корреляционные и спектральные характеристики фазных напряжений и напряжения прямой и обратной последовательностей. В приложении П. 4 приведены программы расчета напряжения прямой и обратной последовательностей и программы расчета коэффициента несимметрии напряжения.
На рис.3.7 и 3.8 представлены нормированные корреляционные функции фазных напряжений и напряжения прямой и обратной последовательностей сети 35 кВ, питающей руднотермическую печь.
Там же (пунктиром) показаны теоретические нормированные корреляционные функции, полученные при аппроксимации экспериментальных нормированных функций выражением типа (2.24). Нормированные корреляционные функции напряжений прямой Ui и обратной U2 последовательностей, хорошо ашфоксимируются и выражением вида (2.35).
В результате обработки 40 регистрограмм получены численные значения коэффициента несимметрии в сети с руднотермической печью, составляющие величины порядка: математическое ожидание mc =0.19, среднеквадратическое отклонение б_ = 0,08 (для наиболее тяжелого режима).
Определение показателей качества электроэнергии как мощности искажения
Методы оценки качества электроэнергии с использованием системы ПКЭ, принятой в ГОСТ 13109-67, основаны на расчете значений этих показателей в отдельные моменты времени случайного процесса изменений параметров режима сети и последующей вероятностной обработке. Если частоты изменений показателя и диапазон их изменений не велики, что характерно для сетей со спокойными нагрузками,точность расчета оказывается удовлетворительной. При резкопеременном характере нагрузки использование указанных показателей может привести к значительным погрешностям при оценке качества электроэнергии в промышленных сетях. В общем случае эти показатели непосредственно не характеризуют народнохозяйственный ущерб. В связи с этим в работах /64,65,67,92/ отмечена необходимость совершенствования системы ПКЭ.
Представляется необходимым, чтобы подход к расчетам ПКЭ отражал физическую картину происходящих процессов, т.е.ПКЭ должны отражать степень воздействия некачественной электроэнергии на электрооборудование, режимы систем электроснабжения, биологические и друтие процессы.
Физическая сущность всех процессов происходящих в технике и биологии (например, процессы зрительного восприятия) заключается в преобразовании одних видов энергии в другие. Сюда относится превращение электрической энергии в механическую (электродвигатели), в тепловую (процессы нагрева, электротехнологии), в световую, во спринимаемую зрительным анализатором, и т.д.
Искажение таких параметров трехфазного синусоидального напряжения как действующее значение, форма синусоиды и симметрия, позволяет рассматривать напряжение питающей сети в виде двух составляющих, обусловленных распределением потоков мощности в цепи сеть - потребитель /68,83/: напряжения с номинальными параметрами и напряжения искажения. Энергия напряжения искажения, преобразовываясь в другие виды энергии, вызывает изменение частоты вращения электродвигателей, дополнительные нагрев оборудования и старение изоляции, изменяются также условия зрительного восприятия. В итоге возникает экономический ущерб, значение которого может быть оценено на основании анализа процесса преобразования энергии искажения в другие виды энергии. динамический режим работы для ряда нагрузок определяется технологией производства, в остальных случаях связан с нестабильностью параметров установок и происходящих в них процессов.Во всех случаях осуществляется модуляция фазы, формы и (или) величины напряжения питающей сети. Аналитическое определение значений преобразованной энергии может быть выполнено на основании общей теории модуляции с использованием спектральной теории случайных процессов. Основанием для этого является тот факт, что напряжение искажения в большинстве случаев непрерывно изменяется во времени, а все физические системы при определенных допущениях тлеют стабильные характеристики. Напряжение любой из фаз, например, фазы А,представляется выражением вида: сю во UA(t) = UA[l+uJ+VA(t)+SmwA]2uVAcos[vtot+ +fe (t)], (4.1) где UA - напряжение питающей сети при отсутствии нагрузок; Дії - величина отклонения напряжения; -ц) (t) случайшая составляющая изменений огибающей напряжения; 2 т - спектр периодической составляющей огибающей напряжения; К= UVK - v-s высшая гармоника напряжения питающей сети; СР - фаза л?-и гармоники; fc (і)-случайннй процесс изменений фазы v-н гармоники.
В конкретном случае те или иные составляющие модулирующих функции или высшие гармоники могут отсутствовать. В результате преобразования выражения (4.1) определяются дискретные и сплошные составляющие энергетического спектра напряжения прямой и обратной последовательностей.
Спектральный анализ кривой напряжения позволяет достаточно просто определить отдельные ПКЭ и учесть влияние изменений их на уровни ущербов в электрооборудовании.
Мощность (энергия) процесса, как известно, определяется величиной интеграла от его спектральной плотности: Э = jG(co)dco, (4.2) о где G(CJO ) - спектральная плотность процесса.
Так как уровни потерь в электрооборудовании, величины моментов электродвигателей, потребление ими реактивной мощности и т.д. зависят от величины и характера изменений прилагаемого напряжения, т.е.его энергии, а электрооборудование при расчетах представляется схемами замещения с R , L, С - параметрами, величины которых зависят от частоты, то очевидно, что использование при расчетах спектральной плотности дает более точные результаты, чем применение среднего значения напряжения. Отмеченное выше относится ко всем показателям качества электроэнергии; исключение составляют отклонения напряжения, т.к.часто-та их изменений не велика.
