Введение к работе
Актуальность темы. В связи с расширяющимся применением аппаратов на базе нелинейных устройств, в последнее время электроэнергетическая наука вынуждена заниматься проблемами неведомой прежде сложности. Она порождается, главным образом, нелинейностью применяемых элементов. В большинстве случаев при анализе процессов в системах электроснабжения нелинейные характеристики отдельных элементов заменяются эквивалентными линейными. Однако, в ряде случаев в системах электроснабжения приходится рассматривать процессы, содержащие элементы с существенными нелинейными характеристиками. Например: вставки и передачи постоянного тока, различные токоограничивающие устройства с нелинейными характеристиками, преобразователи, вентильные разрядники или нелинейные ограничители перенапряжения и др.
Если в линейных системах явления и процессы относительно просты и полностью предсказуемы, то в нелинейных системах отличаются большим многообразием. Далеко не всегда удается предсказать поведение системы и те явления, которые в ней могут возникнуть.
Ввиду многообразия явлений, могущих наблюдаться в нелинейных системах, обычно для получения всех особенностей требуется применение ряда методов анализа, каждый из которых позволяет более четко выявить одну из сторон процесса. В связи с этим при исследовании нелинейных систем необходимо рассмотреть наиболее важные методы анализа, а также характер возможных процессов в них. При этом изучаемую систему нельзя рассматривать изолированно, так как она является лишь одним из звеньев некоторой более сложной системы. Поэтому описание нелинейного элемента должно быть удобно для исследования динамики всей сложной системы.
В отличие от линейной системы, в которой состояние резонанса не может быть достигнуто изменением величины приложенного напряжения или тока, в системе с нелинейными элементами возможны возникновения феррорезонансньк, ультра- и субгармонических резонансных явлений. Отсюда следует актуальность определения возможностей их возникновения и условия существования.
Цель работы.
- Создание математической модели системы электроснабжения с существенной нелинейностью для исследования электромагнитных переходных процессов, происходящих в них;
разработка алгоритмов и создание функционирующих программ для расчета симметричных и несимметричных видов к.з. в трехфазных системах электроснабжения, содержащих существенно нелинейные элементы;
исследование условий возникновения и существования субгармонических колебаний в нелинейных электрических цепях с одной степенью свободы.
Методика проведения исследования. Аналитические исследования электромагнитных переходных процессов проводились на основе решений нелинейных дифференциальных уравнений методом припасовыва-ния. Программа для расчета симметричных и несимметричных к.з. в трехфазных сетях с резонансными токоограничивающими устройствами (РТУ) составлена на основе метода переменных состояний в сочетании с методом припасовывания, где уравнения решены методом Рунге-Кутта четвертого порядка. Достоверность аналитических решений базируется на сопоставлении их результатов с результатами эксперимента.
Научная новизна. По мнению автора, новизна данной работы заключается в:
создании однофазной и трехфазной математических моделей системы электроснабжения с РТУ, выполненных с использованием методов припасовывания и переменных состояния;
аналитическом исследовании электромагнитных переходных процессов в системах электроснабжения, содержащих РТУ;
- обосновании рациональных соотношений между параметрами
элементов РТУ;
создании универсальной программы для расчета различных к.з. в трехфазных системах, содержащих существенно нелинейные элементы;
аналитическом определении условий возникновения и существования субгармонических колебаний в схемах с РТУ.
Теоретическая значимость. Получены новые зависимости параметров режима от параметров системы электроснабжения, описываемые нелинейными дифференциальными уравнениями второго и третьего порядков. Определены закономерности возбуждения субгармонических колебаний 1.2, 1:3 и показаны некоторые качественные особенности характеристик возбуждения третьей субгармонихи по сравнению со второй. Полученные результаты могут быть применены в качестве теоретической основы для новых исследований в системах электроснабжения, описываемых дифференциальными уравнениями более высоких порядков.
Практическая ценность. Полученные соотношения между параметрами элементов, а также программа выбора параметров элементов РТУ, могут быть использованы при его проектировании и разработки для систем электроснабжения. Созданная программа расчета симметричных и несимметричных к.з. в трехфазных сетях может быть использована при расчетах токов к.з. в трехфазных системах электроснабжения, содержащих существенно нелинейные элементы, что требуется для определения параметров устройств релейной защиты.
Положения, выносимые на защиту.
а) Методика исследование электромагнитных переходных процессов в
схеме с РТУ, основанная на методах припасовывания и переменных состоя
ния;
б) рекомендации по выбору параметров элементов РТУ с точки зрения
переходных процессов;
в) универсальная программа расчета различных видов к.з. в трехфаз
ных системах с РТУ;
г) методика исследования условии возникновения и существовании
субгармонических колебаний в электрических цепях с РТУ.
Апробация работы. Основные результаты выполненной работы докладывались и обсуждались: на Первой всероссийской конференции "Токи короткого замыкания в энергосистемах" (Москва,9-13 октября 1995г.); на научно-технической конференции "Современное состояние и проблемы развития электроэнергетики Кыргызстана", посвященной 40-летию кафедры "Электроэнергетика" Кыргызского технического университета (Бишкек, 18-19 декабря 1997г.); на международной научной конференции "Технология и перспективы современного инженерного образования, науки и производства", посвященной 45-летию организации Фрунзенского политехнического института - Кыргызского технического университета им. И. Раззакова (7-8 октября 1999г.).
Реализация результатов работы.
Результаты исследований использованы в Чуйском предприятии электрических сетей АО "Кыргызэнерго" при разработке технических условий на изготовление токоограничивающего устройства для РУ-10 кВ подстанции "Главная".
Созданные программы могут быть использованы при расчетах токов симметричных и несимметричных коротких замыканий в системах электроснабжения, содержащих нелинейные элементы, а также при выборе уставки релейной защиты.
Публикации. Основные научные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 4 печатных изданиях.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание диссертации изложено на 161 странице машинописного текста, имеется 6 таблиц, 70 рисунков, акт о внедрении, список литературы содержит 86 наименований.
