Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема разработки высокоэффективных алгоритмов для расчетов несинусоидальных установившихся режимов является актуальной во многих странах. Проведенный анализ различных подходов к решению этой задачи показал, что наиболее перспективным в этой области является метод гармонического баланса, позволяющий проводить расчеты с учетом реально имеющего место взаимовлияния нелинейной нагрузки и внешней электрической сети, когда результаты расчета адекватны численному расчету единой системы дифференциальных уравнений, описывающих сеть переменного тока и нелинейную нагрузку. Расчет ведется отдельно на каждой гармонике с последующим использованием метода наложения. При таком подходе достаточно просто учитываются зависимости параметров элементов электрической сети от частоты, что вызывает затруднения при использовании иных методов расчета.
Последней и наиболее совершенной программой, основанной на методе гармонического баланса, является разработанная на кафедре "Электрические системы и сети" СГОГТУ программа ГАММА-2, объединяющая в себэ все эффективные приемы по расчету нормального режима и режима на высших гармониках электрической сети с преобразовательной нагрузкой. Однако, эта программа позволяет вести расчет только в однофазной постановке при допущении о строгой симметрии параметров всех элементов электрической сети, что на практике часто оказывается неприемлемым не только при анализе системообразующих сетей и сетей, содержащих линии электропередачи, где несимметрия имеет место даже на основной частоте из-за неполных или удлиненных циклов транспозиции воздушных линий, а на высших гармониках она резко усиливается, но и при анализе систем электроснабжения, имеющих в своем составе несимметричные по фазам элементы и однофазные нагрузки, а также систем электроснабжения с изолированной нейтралью, работающих в условиях длительно допустимых однофазных замыканий на землю.
В этой связи актуальной задачей является распространение эффективных алгоритмов программы ГАММА-2 на трехфазные сети, ссдер-
жащие, в общем случае пофазно несимметричные элементы.
Целями работы является создание методики и алгоритмов расчета квазиустановившихся несимметричных несинусоидальных режимов электрических систем, обладающих надежной сходимостью и приемлемым быстродействием при строгом учете взаимовлияния несимметричной, в общем случае, питающей сети и преобразовательной нагрузки, и создание на этой основе программы расчета несимметричных несинусоидальных установившихся режимов электрических сетей и систем, позволяющей решать задачи по минимизации высших гармоник.
Методы исследования. Использовались численные методы вычислительной математики при решении систем линейных и нелинейных уравнений, теория и методы расчета квазистационарных электромагнитных процессов в преобразователях, частотный анализ электрических цепей и методы эквивалентирования электрических систем.
Научная новизна. С учетом возможной пофазной несимметрии питающего напряжения и параметров преобразовательного трансформатора разработана и программно реализована математическая модель несимметрично управляемых многопульсных преобразователей, позволяющая при высоком уровне искажения питающего напрялвния и при всех возможных вариантах задания исходной информации гарантированно определять режимные параметры преобразователей и спектры токов высших гармоник, генерируемых ими в сеть.
Разработан принципиально новый подход к решению дифференциальных уравнений, описывающих установившийся режим работы управляемого многопульсного преобразователя, основанный на распространении метода гармонического баланса на сторону постоянного тока и позволяющий при расчетах несинусоидальных режимов учитывать влияние на режимы работы преобразователей не только системы переменного, но и сети постоянного тока произвольной конфигурации и с произвольным количеством подключаемых к такой сети преобразователей.
Разработан и реализован алгоритм формирования трехфазной схемы замещения нетранспонированной высоковольтной линии электропередачи с учетом распределенности ее параметров, геометрического расположения проводов, поверхностного эффекта и тока возврата в земле, позволяющий корректно проводить расчеты несинусоидальных режи-2
мов'' в системообразующих сетях, содержащих линии электропередачи с пофазно несимметричными параметрами и при наличии других несимметричных элементов электрических сетей.
На основе разработанных и программно реализованных математических моделей различных элементов электрической сети, учитывающих возможную пофазную несимметрию их параметров, разработана методика раздельно-последовательного расчета несимметричных несинусоидальных режимов и частотных характеристик в трехфазной постановке, предназначенная для анализа электрических сетей и систем с нелинейной нагрузкой, содержащих пофазно несимметричные элементы.
і Обоснованность и достоверность результатов расчетов по разработанным методикам и программе подтверждается их совпадением с расчетами, проведенными по программам, строго моделирующим электромагнитные процессы на основе решения единой системы дифференциальных уравнений, описывающих совместно питающую сеть и нелинейную нагрузку, а также с расчетами, полученными по апробированным аналитическим реиениям для частных случаев.
Практическая ценность работы. Впервые разработаны и реализованы алгоритмы и программа, позволяющие в трехфазной постановке на основе метода гармонического баланса с высокой надежностью и приемлемым быстродействием проводить расчеты несинусоидальных режимов по минимизации высших гармоник в электрических сетях и системах произвольной конфигурации, содержащих пофазно несимметричные, в общем случае, элементы.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Проблемы качества электроэнергии" (г. Москва, ВДНХ, 1989 г.), научно-методических совещаниях кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ в 1991-1993 гг. и на технических совещаниях в АО ВАШ.
Публикации. По результатам работы опубликованы три статьи.
Объем и структура-работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (88 наименований). Она изложена на 160 страницах машинописного текста, иллюстрирована 53 рисунками и содержит 6 таблиц.
