Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Высшие гармонические составляющие как один из показателей электромагнитной совместимости. Согласование источника питания с нагрузкой 12
1.1. Источники высших гармонических составляющих 12
1.2. Причины искажения синусоидальной формы тока и напряжения и его влияние на потребителей электрической энергии 17
1.3. Согласование источника питания с нагрузкой 26
1.4. Методы расчёта нелинейных цепей при наличии высших гармонических составляющих 49
Выводы 54
ГЛАВА 2. Влияние полупроводниковых преобразователей на сеть и нагрузку 56
2.1. Исследование электромагнитных зависимостей установки индукционного нагрева 57
2.2. Исследование электромагнитных зависимостей генератора озона 65
2.3. Исследование электромагнитных зависимостей ёмкостного накопителя энергии 72
Выводы 88
ГЛАВА 3. Обеспечение электромагнитной совместимости полупроводниковых комплексов с сетью и нагрузкой 90
3.1. Улучшение гармонического состава тока, потребляемого полупроводниковыми преобразователями из сети с помощью многофазных взаимоиндуктивных модулей 91
3.2. Применение многофазного преобразователя для согласования промышленных установок с питающей сетью 98
3.3. Согласование с нагрузкой источника питания ёмкостного накопителя энергии в автономных системах 104
Выводы 115
ГЛАВА 4. Эффективность применения компенсации высших гармонических составляющих в энергетических системах 117
4.1. Сибайский энергоузел Башкирской энергосистемы 118
4.2. Моделирование электрической сети Сибайского энергоузла с учетом вносимых искажений со стороны ПС-90 (ММК) 120
4.3. Результаты моделирования 130
4.4. Методика расчёта силового трансформатора для многофазного преобразователя 133
Выводы 141
Заключение 142
Список литературы 144
- Причины искажения синусоидальной формы тока и напряжения и его влияние на потребителей электрической энергии
- Исследование электромагнитных зависимостей установки индукционного нагрева
- Улучшение гармонического состава тока, потребляемого полупроводниковыми преобразователями из сети с помощью многофазных взаимоиндуктивных модулей
- Моделирование электрической сети Сибайского энергоузла с учетом вносимых искажений со стороны ПС-90 (ММК)
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования. Совместимость субъектов различных видов деятельности, процессов, популяций - это комфортное существование каждого из них при отсутствии недопустимого влияния на другие субъекты. В системах электроснабжения электрооборудование, приборы, аппараты и другие устройства находятся в общей для них электромагнитной среде, причём любое из устройств является источником (генератором) электромагнитных помех, в то же время на него воздействуют электромагнитные помехи, создаваемые другими источниками. В общем случае электромагнитная помеха характеризуется как воздействие, искажающее основной сигнал и нежелательно влияющее (или могущее влиять) на него.
Проблема электромагнитной совместимости, ставшая актуальной в 1940-х годах для систем передачи информации, выдвигается на первый план во всех областях производства, передачи и распространения электроэнергии. Усложнение электрических систем, введение в эксплуатацию мощных электроприводов, вентильных преобразователей, высокая степень автоматизации производства резко обостряют проблему электромагнитной совместимости. Её значимость соизмерима со значимостью проблем энергосбережения, надёжности и энергетической безопасности.
В системах электроснабжения промышленного предприятия особое внимание уделяется кондуктивным помехам, которые в сетях трёхфазного переменного тока определяются различного рода искажениями синусоидальной формы кривых напряжений и тока и действующего значения напряжения (отклонения напряжения). Эти электромагнитные помехи не исчерпывают все виды помех, указанных в ГОСТ 13109-97, однако они являются преобладающими, так как оказывают наибольшее влияние на электроприёмники. Значения их принято называть показателями электромагнитной совместимости или показателями качества электроэнергии. Проблема качества электроэнергии является одной из важнейших составных частей общей проблемы электромагнитной совместимости.
Качество электроэнергии в значительной мере зависит от технологических процессов в электроэнергетической системе. Один из распространенных видов электромагнитных кондуктивных помех представляют высшие гармоники тока, источниками которых являются как электроприемники с нелинейной вольтамперной характеристикой, так и элементы электроэнергетической системы.
Исследования в области обеспечения качества электроэнергии широко освещены и представлены на международных конференциях CIGRE, CIRED, PSCC, IEEE. Большой вклад в решении этих проблем внесли российские ученые Железко Ю.С., Жежеленко И.В., Зиновьев Г.С, Курбацкий В.Г., Кучумов Л.А., Смирнов С.С, Бердин А.С., Салтыков В.М.и др.
Проблема обеспечения качества электроэнергии, как в России, так и за
рубежом остается актуальной для современной электроэнергетики.
Объясняется это растущим внедрением силовой электроники, что способствует
возрастающему влиянию высших гармоник тока на работу как промышленных
и бытовых электроприемников, так и на электрооборудование систем
электроснабжения и электрических сетей высокого напряжения. На
сегодняшний день недостаточно изучен спектральный состав токов и
напряжений, генерируемый различными электротехнологическими нагрузками.
В литературе вопросу генерирования высших гармоник
электротехнологическими нагрузками и их влиянию на потребители и питающую сеть уделено мало внимания.
Высшие гармоники в системах электроснабжения нежелательны по ряду причин: появляются дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях; затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов; сокращается срок службы изоляции электрических машин и аппаратов; ухудшается работа устройств автоматики, телемеханики и связи. При работе асинхронного двигателя в условиях несинусоидального напряжения снижается его коэффициент мощности и вращающий момент на валу. Искажение формы кривой напряжения заметно сказывается на возникновении и протекании ионизационных процессов в изоляции электрических машин и трансформаторов.
Также следует отметить, что на сегодняшний день проблема энергосбережения рассматривается на правительственном уровне.
Ввиду негативного влияния высших гармонических составляющих на электрическую сеть и потребителей электроэнергии необходимы мероприятия, способствующие улучшению электромагнитной обстановки.
Имеется ряд способов снижения несинусоидальности кривой тока и
напряжения при наличии нелинейной нагрузки. Однако вопрос повышения
качества электроэнергии, потребляемой полупроводниковыми
преобразователями, питающими нагрузку с нелинейной вольт - амперной характеристикой, освещен недостаточно.
Таким образом, исследование спектрального состава токов, генерируемых различными нелинейными потребителями, и разработка схемотехнических решений снижения искажения кривых тока и напряжения являются актуальными задачами современной электроэнергетики, особенно на фоне растущей мощности нелинейной нагрузки и в первую очередь полупроводниковых преобразователей.
Целью диссертационной работы является разработка схемотехнических решений для снижения высокочастотных составляющих тока, генерируемых в электрическую сеть нелинейными потребителями, и повышение энергетических показателей автономных источников питания на базе исследования электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой путем моделирования электромагнитных процессов электротехнологических установок.
Основные задачи исследования:
1. Разработка математических моделей установок с полупроводниковыми
преобразователями для исследования влияния последних на питающую сеть и
нагрузку.
2. Определение наиболее рационального способа уменьшения
кондуктивных помех, генерируемых в питающую сеть полупроводниковыми
преобразователями совместно с нелинейной нагрузкой, и повышение
энергетических показателей автономных источников питания.
3. Исследование эффективности принятых схемотехнических решений для
обеспечения электромагнитной совместимости электротехнологических
установок с полупроводниковыми преобразователями при питании либо от
энергосистемы, либо от автономного источника электропитания.
Разработка методики расчета специальных трансформаторов для обеспечения электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой.
Исследование влияния высших гармоник тока, генерируемых полупроводниковыми преобразователями с нелинейной нагрузкой, на увеличение потерь активной мощности в электрической сети на примере одного из энергоузлов Башкирской энергосистемы.
Методы исследования. В работе использованы основные положения теории цепей. Перечисленные задачи решены с помощью численно -аналитических и численных методов решения, а также имитационного моделирования в среде OrCAD 9.2 и MatLab 6.5.
На защиту выносятся:
1. Модели электротехнологических установок с полупроводниковыми
преобразователями, подключенными как к сети, так и к автономному
источнику питания.
2. Модель и методика расчета трансформатора многофазного
преобразователя для компенсации высших гармонических составляющих,
генерируемых в сеть нелинейной нагрузкой.
Обоснование целесообразности применения модульной конструкции согласующего высокочастотного трансформатора с коэффициентом усиления по напряжению 10 для электротехнологических установок автономного питания.
Методика расчета согласующего высокочастотного трансформатора с коэффициентом усиления по напряжению 10 , с учетом эффекта вытеснения тока и модульной конструкции.
Математическая модель Сибайского энергоузла для определения потерь от высших гармонических составляющих.
Научная новизна:
1. Определено влияние полупроводниковых преобразователей с нелинейной индуктивной и емкостной нагрузкой на питающую сеть на базе созданных математических моделей.
2. Разработана математическая модель системы преобразовательный
трансформатор - нелинейная нагрузка, построенная на основе предложенного
схемотехнического решения для компенсации высших гармонических
составляющих тока на базе трансформаторных преобразователей числа фаз.
3. Предложено применение модульной конструкции трансформаторной
ячейки емкостного накопителя энергии и установлена зависимость изменения
потерь в трансформаторе от числа применяемых модулей.
Практическая ценность:
Предложена схема, разработаны математическая модель и методика расчета многофазного трансформаторного преобразователя числа фаз для компенсации высших гармонических составляющих, генерируемых в сеть нелинейной нагрузкой.
Доказано, что с помощью предложенных схемотехнических решений достигается снижение искажения кривой потребляемого тока и уменьшение пульсаций выходного напряжения.
Представлена методика расчета высокочастотного согласующего трансформатора для емкостного накопителя энергии с учетом дополнительных потерь мощности, определяемых условием работы и модульной конструкцией.
Определено оптимальное количество модулей, характеризующихся высоким КПД емкостного накопителя энергии, при неизменных массогабаритных показателях.
5. Установлена зависимость добавочных потерь (в процентах от общих
потерь), вызванных протеканием в сети токов высших гармонических
составляющих, от коэффициента искажения по току, определяемого на шинах
источника питания.Реализация результатов работы. Материалы диссертационной работы внедрены в производственный процесс ООО «РЭДКОМ» и в учебный процесс на кафедре электромеханики ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских, республиканских научно -технических конференциях «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2007), «Мавлютовские чтения» (Уфа. 2007), «III Слет молодых энергетиков Республики Башкортостан» (Уфа, 2008), «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2009).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале рекомендованным ВАК, получены 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ и 1 патент на полезную модель.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения - 9 стр., четырех глав основного текста -128 стр., списка литературы, включающего 104 наименования - 10 стр. и приложений - 17 стр.
Причины искажения синусоидальной формы тока и напряжения и его влияние на потребителей электрической энергии
Предложена схема, разработаны математическая модель и методика расчёта многофазного трансформаторного преобразователя числа фаз для компенсации высших гармонических составляющих, генерируемых в сеть нелинейной нагрузкой. 2. Доказано, что с помощью предложенных схемотехнических решений, достигается, снижение искажения! кривой потребляемого тока и уменьшение пульсаций выходного напряжения. 3. Представлена методика расчета высокочастотного согласующего трансформатора для ёмкостного накопителя энергии с учетом дополнительных потерь мощности, определяемых условием работы и модульной конструкцией. 4. Определено оптимальное количество модулей, характеризующихся высоким КПД ёмкостного накопителя энергии, при неизменных массогабаритных показателях. 5. Установлена зависимость добавочных потерь (в процентах от общих потерь), вызванных протеканием в сети токов высших гармонических составляющих, от коэффициента искажения по току, определяемого на шинах источника питания. Реализация результатов работы. Материалы диссертационной работы внедрены в производственный процесс ООО «РЭДКОМ» и в учебный процесс на кафедре электромеханики ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет». ( Апробация« работы. Основные положения диссертационной работы докладывались , и обсуждались на всероссийских, республиканских научно- технических конференциях «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2007), «Мавлютовские чтения» (Уфа. 2007), «III Слёт молодых энергетиков Республики Башкортостан» (Уфа, 2008), «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2009). Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в- том. числе 1 статья в- журнале, рекомендованном ВАК, получены 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ и 1 патент на полезную модель. Структура и объем работы. Диссертация1 состоит из введения — 9 стр., четырех глав основного текста — 128 стр., списка литературы , включающего 104 наименования, — 10 стр. и приложений— 17 стр. Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы выбранного направления исследований, дана общая характеристика, сформированы цели и задачи научной работы.
В первой главе дан обзор основных потребителей, вносящих искажения в кривую питающего напряжения и тока. Рассмотрено негативное влияние высших гармонических составляющих тока на элементы электрической сети и разного рода потребителей электрической энергии. Произведён обзор различных способов согласования нагрузки с питающей сетью при питании от внешнего источника (энергосистемы) и автономного источника питания. Учтены их преимущества и недостатки. Произведён анализ современных методов расчета электрических цепей при наличии потребителей с нелинейной вольт-амперной характеристикой.
Во второй главе приведены имитационные модели индукционной установки и генератора озона, получающих питание от внешней сети (энергосистемы) и установки ёмкостного накопителя энергии, питающегося от автономного низковольтного источника. С помощью пакетов прикладных программ (ОгСАБ, МаЙЬаЬ) сняты основные электромагнитные зависимости данных установок, характеризующие их работу. Исследовано влияние, оказываемое полупроводниковыми преобразователями, входящими» в состав электротехнологических установок, на питающую сеть. Для установки ёмкостного накопителя определено влияние, оказываемое изменением зарядной ёмкости на электромагнитные процессы.
В третьей главе представлено описание предлагаемого многофазного преобразования для питания потребителей с нелинейной- вольт-амперной характеристикой. Исследовано влияние данного преобразователя на сеть и нагрузку с помощью имитационных моделей электротехнологических установок, исследуемых во второйс главе. Произведён сравнительный анализ" эффективности применения- многофазного преобразователя. Для? установки ёмкостного накопителя энергии рассмотрено влияние многомодульной конструкции согласующего трансформатора, на энергетические показатели. Предложена методика расчёта высокочастотного согласующего трансформатора-для ёмкостного накопителя энергии.
В четвертой главе исследовано влияние высших гармонических составляющих тока на увеличение потерь в сети 35—110 кВ на примере Сибайского энергоузла, входящего в состав Башкирской энергосистемы. Произведён расчёт экономического ущерба от увеличения потерь, вызванных протеканием токов с частотой, отличной от основной. Предложена методика расчёта трансформатора многофазного преобразователя.
Исследование электромагнитных зависимостей установки индукционного нагрева
Гармоники напряжения! и тока приводят к дополнительным, потерям- в обмотках статора, в цепях ротора, а также в стали статора и ротора. Потери в проводниках статора и ротора из-за вихревых токов и поверхностного эффекта при этом больше,лем определяемые омическим сопротивлением. Токи утечки, вызываемые гармониками в торцевых зонах статора и ротора, приводят к дополнительным потерям. В индукционном двигателе с ротором« со скошенными пазами и пульсирующими магнитными потоками в статоре и роторе высшие гармоники вызывают дополнительные потери в стали. Величина этих потерь зависит от угла скоса пазов и характеристик магнитопровода. Среднее распределение потерь от высших гармоник характеризуется следующими данными: обмотки статора — 14 %; цепи ротора — 41 %; торцевые зоны — 19 %; асимметричные пульсации — 26 % [4,5]. За исключением потерь на асимметричные пульсации их распределение в синхронных машинах приблизительно аналогично. Следует отметить, что соседние нечётные гармоники в статоре синхронной машины вызывают в роторе гармонику одинаковой частоты. Например, 5-я и 7-я гармоники в статоре вызывают в роторе гармоники тока 6-го порядка, вращающиеся в разные стороны. Для линейных систем средняя плотность потерь на поверхности ротора пропорциональна величине, однако из-за разного направления вращения плотность потерь в некоторых точках пропорциональна величине (15 + Ь)/2. Дополнительные потери — одно из самых отрицательных явлений, вызываемое гармониками во вращающихся машинах. Они приводят к повышению общей температуры машины и к местным перегревам, наиболее вероятным в роторе. Двигатели с ротором типа "беличья клетка" допускают более высокие потери и температуру, чем двигатели с фазным ротором. Некоторые руководства ограничивают допустимый уровень тока обратной последовательности в генераторе 10 %, а уровень напряжения обратной последовательности на вводах индукционных двигателей 2 % [10]. Допустимость гармоник в этом случае определяют по тому, какие уровни напряжений и токов обратной последовательности они создают. Моменты вращения, создаваемые гармониками. Гармоники тока в. статоре вызывают соответствующие моменты вращения: гармоники, образующие прямую последовательность в направлении вращения ротора, а образующие обратную последовательность - в обратном направлении. Влияния4высших гармоник на трансформаторы Гармоники напряжения вызывают в трансформаторах увеличение потерь на гистерезис и потерь, связанных с вихревыми токами в стали, а также потерь в обмотках. Сокращается также срок службы изоляции. Увеличение потерь в обмотках наиболее важно в преобразовательном трансформаторе, так как наличие фильтра, присоединяемого обычно к стороне переменного тока, не снижает гармоники тока в трансформаторе. Поэтому требуется устанавливать большую мощность трансформатора. Наблюдаются также локальные перегревы бака .трансформатора. Отрицательный аспект воздействия гармоник на мощные трансформаторы состоит в циркуляции утроенного» тока нулевой последовательности в обмотках, соединённых в треугольник. Это может привести к их перегрузке. Влияние высших гармоник на коэффициент загрузки»конденсаторов Дополнительные потери в электрических конденсаторах приводят к их перегреву. В общем случае конденсаторы проектируются так, чтобы допускать определённую токовую перегрузку. Конденсаторы, выпускаемые в Великобритании, допускают перегрузку 15 %, в Европе иг Австралии - 30 %, в США - 80 %, в СНГ - 30 % [17]. При превышении этих величин, наблюдающихся в условиях повышенных напряжений высших гармоник на вводах конденсаторов, последние перегреваются и выходят из строя. Влияние высших гармоник на устройства защиты энергосистем Гармоники могут нарушать работу устройств защиты или ухудшать их характеристики. Характер нарушения зависит от принципа работы устройства. Цифровые реле и алгоритмы, основанные на анализе выборки данных или точки пересечения нуля, особенно чувствительны к гармоникам. Чаще всего изменения характеристик несущественны. Большинство типов реле нормально работают- при коэффициенте искажения до 20 %. Однако, увеличение доличмощных преобразователей в сетях может в,будущем изменить ситуацию.
Устройства защиты обычно реагируют на напряжение или ток основной1 частоты, а все гармоники в переходном режиме либо отфильтровываются, либо не воздействуют на устройство. Последнее характерно для электромеханических реле, особенно« используемых в максимальной токовой защите. Эти реле имеют большую инерцию, что делает их практически не чувствительным и; к высшимгармоникам. Более существенным оказывается влияние гармоник на работу защиты, строящейся на измерении сопротивлений. Дистанционная защита, в которой производится измерение сопротивлений на основной частоте, может давать значительные ошибки в случае наличия в, токе короткого замыкания-высших гармоник (особенно 3-го порядка). Большое содержание гармоник обычно наблюдается в случаях, когда ток короткого замыкания течет через землю (сопротивление земли доминирует в общем сопротивлении контура). Если гармоники не отфильтровываются, вероятность ложной работы весьма высока.
В случае металлического короткого замыкания в токе преобладает основная частота. Однако в связи с насыщением трансформатора возникает вторичное искажение кривой, особенно в случае большой апериодической составляющей в первичном токе. При этом также возникают проблемы обеспечения нормальной работы защиты.
Улучшение гармонического состава тока, потребляемого полупроводниковыми преобразователями из сети с помощью многофазных взаимоиндуктивных модулей
Наибольший интерес представляют аналитические методы, позволяющие получить решение в общем виде. Данные методы основаны, как правило, на решении дифференциальных уравнений. Среди аналитических методов- выделяют точные и приближённые методы. На данный момент нет метода, который удовлетворял бьь всем условиям, а именно: 1) минимальной1 погрешности расчёта; 2) простоте представления функции; 3) возможности применения метода к схемам различной топологии; 4) применимости метода для расчета различных режимов работы сети. Некоторые методы приемлемы только к цепям с определённой структурой и определённой нагрузкой. Точные методы, к которым можно отнести метод припасовывания (кусочно- непрерывный метод), метод сведения к интегральным уравнениям Фредгольма с использованием Z-преобразования, метод производящих функций, метод импульсно-частотных характеристик и т. д., не получили широкого распространения, так как для систем второго порядка весьма сложны и громоздки, поэтому для исследования таких систем обычно используются приближённые методы.
В настоящее время для» расчёта периодически нестационарных систем существует немалое число методов; позволяющих строить высшие приближения: методы A.M. Ляпунова, асимптотические методы, метод параметрической передаточной функции, спектральный метод. Однако1 нельзя признать, что решения данных методов совершенны» и пригодны для практики в связи с их громоздкостью, вызванной необходимостью вычисления корней характеристического уравнениям трудностями вычислительного характера.
Учитывая- вышесказанное, наибольшее распространение получили приближённые методы, к ним относятся: метод аналитической аппроксимации; метод кусочно-линейной аппроксимации; метод гармонического баланса; метод эквивалентных синусоид (метод расчёта по действующим значениям); метод малого параметра; метод усреднения; метод Ван-дер-Поля; метод медленно меняющихся амплитуд; методы алгебраизации дифференциальных уравнений.
Идеализация элементов схемы, аппроксимация их нелинейных элементов, учет не всего спектра гармоник, допущения, об отсутствии,эффекта близости и эффекта вытеснения и т. д. вносят в расчёт определенную погрешность, но приг этом становится легче получить аналитическое выражение для искомой функции.
Наибольший интерес и практическое применение получили методы гармонического баланса и метод алгебраизации дифференциальных уравнений. Метод гармонического баланса« основан на разложении периодических функций в ряд Фурье. В общем случае искомые переменные в нелинейной электрической цепи несинусоидальные и содержат бесконечный спектр гармоник. Ожидаемое решение можно представить в виде суммы основной и нескольких высших гармоник, у которых неизвестными являются амплитуды и начальные фазы. Подставляя эту сумму в нелинейное дифференциальное уравнение, записанное для искомой величины, и приравнивая в полученном выражении коэффициенты перед гармониками (синусоидальными и косинусоидальными функциями) одинаковых частот в его левой и правой частях, приходим к системе из 2п алгебраических уравнений, где п — количество учтённых гармоник. Необходимо отметить, что точное решение требует учёта, бесконечного числа гармоник, что невозможно осуществить практически. В результате ограничения числа рассматриваемых гармоник точный баланс нарушается, и решение становится приближённым. Методика расчёта нелинейной цепи данным способом включает в себя в общем случае следующие основные этапы: 1. Записываются уравнения состояния цепи для мгновенных значений. 2. Выбирается выражение аналитической аппроксимации заданной нелинейности. 3. На основе предварительного анализа.цепи и нелинейной характеристики задаётся выражение искомой величины в виде конечного ряда гармоник с неизвестными на этом этапе амплитудами А1 и начальными фазами / ,. 4. Осуществляется подстановка функций, определённых в пунктах 2 и 3, в уравнения» состояния с последующей реализацией необходимых тригонометрических преобразований для выделения1 синусных и косинусных составляющих гармоник. 5. Производится группировка членов в полученных уравнениях по отдельным гармоникам, и на основании приравнивания коэффициентов при однопорядковых гармониках в их левых и правых частях (в отдельности для синусных и косинусных составляющих) записывается система нелинейных алгебраических (или трансцендентных) уравнений относительно искомых амплитуд А\ и начальных фаз ф1 функции разложения определяемой величины. 6. Осуществляется решение (в общем случае численными методами на ЭВМ) полученной системы уравнений относительно А, и ф,. Метод алгебраизации дифференциальных уравнений не требует нахождения ни мгновенных значений тока, ни нахождения его спектра. Расчётные формулы для энергетических показателей выводятся прямо через коэффициенты дифференциального уравнения и параметры приложенного напряжения. В качестве таких параметров используется набор интегральных коэффициентов гармоник напряжения. При этом« сам метод можно применить для расчёта: - действующего значения несинусоидального тока; - действующего значения высших гармоник тока; - первой гармоники тока; - мощностей, создаваемых всей кривой тока, ее высокочастотной составляющей,.ее первой гармоникой. Следует отметить, что многие частные методы для анализа цепей с нелинейными потребителями вытекают из метода гармонического баланса. Компьютерное моделирование. Как уже говорилось выше, компьютерное моделирование является одним» из эффективных методов изучения, сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать, в силу их возможности проводить вычислительные эксперименты в тех случаях, когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать- непредсказуемый« результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой» физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.
Моделирование электрической сети Сибайского энергоузла с учетом вносимых искажений со стороны ПС-90 (ММК)
Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов — сначала создание качественной, а затем и количественной модели. Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.
К основным этапам компьютерного моделирования относятся: а) постановка задачи, определение объекта моделирования; b) разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия; c) формализация, то есть переход к математической? модели; создание алгоритма и написание программы; d) планирование и проведение компьютерных экспериментов; e) анализ и интерпретация результатов. Различают аналитическое и имитационное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические (абстрактные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном1 моделировании исследуются математические модели, в, виде алгоритма(ов), воспроизводящего функционирование исследуемой системы путём последовательного выполнения большого количества элементарных операций. С развитием компьютерной) техники» и с появлением необходимого программного обеспечения (MATLAB, OrCAD, ANS YS, Mathematica и др) метод компьютерного моделирования! начинает приобретать всё более широкое распространение. Специализация программы в основном определяется, базой, данных элементов цепи, в которой на уровне эквивалентных схем замещения и содержатся описания параметров, сведения о большинстве элементов, используемых при схемотехническом моделировании. Моделирование осуществляется на уровне графического ввода схемы, и после ввода параметров ее элементов и запуска программы она сама формирует расчетные уравнения, выполняет численное их решение, выводит результаты решения. В современных программах машинного моделирования результаты выводятся либо в графическом (графики, диаграммы, рисунки и т. п.), либо в текстовом виде на экран монитора, на принтер или предоставляется возможность записать в файл. В настоящее время имеется много программ машинного моделирования, [19,28,31,68,81]. Отличительной особенностью таких программ как МАТЬАВ и ОгСАЕ) является- то, что они имитирует реальное рабочее место исследователя — электрическую лабораторию; позволяют создавать, моделировать и исследовать как простые, так и сложные электротехнические устройства. Выводы: 1. Несмотря на большое количество работ, посвященных4 влиянию полупроводниковых преобразователей, в основном выпрямителей, на электрическую сеть, в том числе генерирование высших гармонических составляющих, мало внимания уделено вопросу взаимодействия полупроводниковых, преобразователей частоты и электротехнологических нагрузок с сетью: 2. Большинство из предлагаемых методов по снижению1 высших гармонических составляющих, генерируемых в сеть нелинейными потребителями электрической энергии, связаны с удорожанием, установки, применением дополнительных устройств, приводящих к увеличению- массы и размеров последних, либо с использованием специальных устройств, серийно не выпускаемых. 3. Уменьшение времени заряда накопителя энергии в электротехнологических установках автономного электропитания приводит к увеличению массогабаритных и снижению энергетических показателей; что является неприемлемым для мобильных устройств (электротехнологичекие лазеры и т. д.), следовательно, накладывает ограничение на применение установок с малым временем заряда. 4. Анализ методов расчёта цепей с полупроводниковыми преобразователями1 и нелинейной нагрузкой, ввиду сложности системы, рационально проводить с помощью компьютерного моделирования с использованием пакетов прикладных программ, что приводит к уменьшению времени, затрачиваемого на создание модели и ее пересчету, приближает.
Похожие диссертации на Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой
