Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетня рост электропотребле
ния в промышленности сопровождается увеличением числа и единичной
мощности электрических нагрузок с нелинейными вольт-амперными харак
теристиками, искажающих синусоидальную форму кривых напряжений и то
ков в питающей сети. Широкое использование нелинейных нагрузок, ко
торое, с одной сторони, обусловлено стремлением к повышению эффектив
ности производственных процессов на основе применения новейших тех
нології, С ДРУГОЙ СТОРОНЫ, ПРИВОДИТ К существенному СНИЯИНИГО эконо
мичности работы систем электроснабжения- (СЭС) промышленных предприя
тий п подключенных к ним поюебптелай вследствие нарушения электро
магнитной совместимости электрооборудования, ухудшения качества элэк-
троэнергии. - '
Эффективность технических меропгаятпй направленных на повышение . качества электроэнергии и обеспечение электромагнитной совместимости в значительной степени зависит от наличия достоверной пнформа-ши о частотных'характеристиках входного сопротивления (ЧХВС) СЭС. Знание ЧХВС дает возможность прогнозировать уровень несинусоидальнос-тл напряжения в узлах подключения нелинейных нагрузок, предупреждать возникновение нежелательных резонансных реяимов на частотах высших гармоник, осуществлять выбор оптимальных параметров фильтрокомпенси-рующих устройств и др. Расчет ЧХВС по паспортным данным электрооборудования СЭС связан с рядом вычислительных трудностей и мотат приво-дать к большим погрешностям. Поэтому, особое значение приобретают экспериментальные исследования частотных характеристик в действующих СЭС,- основанные на применении методов идентификации, обеспечивающих достоверную оценку вхолного сопротивления в условиях зашумленности и неполноты экспериментальной информации. Результаты этих исследований необходимы для совершенствования расчетных методов определения ЧХВС, использусых на стадии проектирования СЗС.п имеют первостепенное значение для решения проблемы электромагнитной совместимости оботтудова-ния-в СЭС. действующи* прошшленкых предприятий.
Создание измерительно-вычислительных комплексов на базе микроЭК.1, предназначенных для контроля качества электроэнергии в промышленных сетях, позволяет параллельно с совершенстьовашем аппаратных средств использовать алгоритмические возможности повышения точности идентификации ЧХВС. Однако, репешіе этой валкой задачи-в настоящее время нельзя считать удоБлетаорительшм п.з-за недостаточной адекватности аспсльзуемнх моделей пдсчтяс^-кацип свойства;.! СЗС на частотах резо—
нансных режимов и, как следствие, низкой точности оценки входного сопротивления на частотах близких к резонансным.
Настоящая работа является составной частью исследований, проводившихся в Омской политехническом институте в соответствии с межвузовской' целевой программой "Экономия электрической энергии" (приказ & 101 Минвуза СССР от 09.02.87 г.).
Цель работы. Разработка моделей и алгоритмов идентификации ЧХЗС СЭС промышленных предприятий с нелинейными нагрузками, позволяющих повысить точность экспериментальной оценки входного сопротивления за счет использования априорной информации о'резонансных режимах ра> боты электрооборудования на частотах высших гармоник; разработка на этой основе методов оптимальной настройки резонансных фильтров высших гармоник в СЭС действующих промышленных предприятий.
Методы исследования. В основу работы полонены теоретические исследования, выполненные с применением классических методов анализа электрических цепей, методов решения оптимизационных задач:, методов цифровой обработки сигналов, элементов матричной и векторной алгебры, вычислительной математики, прикладной статистики. При исследова' нии основных свойств предложенных алгоритмов использовался метод чнслеішого моделирования на ЭВМ. Для оценки эффективности предложенных методов настройки резонансных фильтров использовались результаты экспериментальных исследований, проводившихся при участии автора в СЭС цинкового завода полиметаллического комбината.
Научная новизна.
-
Предложена идентификационная модель СЭС, построенная с учетом априорной информации о резонансных рекимах работы электрооборудования, структура которой формируется в зависимое-.: от свойств СЭС в используемой частотной полосе и соответствует либо модели резонанса напря-жешій, либо модели резонанса токов.
-
Установлено, что при использовании квадратичного критерия качества идентификации задача оптимального параметрического синтеза предложенной модели является задачей выпуклого квадратичного црограммнрс вания для модели резонанса напряжений и одноэкстремальной задачей не выпуклого программирования для модели резонанса токов.
-
Разработаны и исследованы алгоритмы идентификации ЧХБС СЭС, осуществляющие выбор структурі идентификационной модели и ее параметрический синтез для последовательности частотных полос, в которых экспериментальная информация выделяется при помощи цифрового фильтра с фиксированной или регулируемой шириной полосы пропускания.
4. Разработаны п исследована методы оптимальной настройки резонан-
:ных фильтров высших гармоник по критериям минимума напряжения а
пгаимума потерь активной мощности на частоте фильтруемой гармоники.
5. Разработан способ управления резонансным фильтром высшей гармо
шки з СЭС.
На защиту выносятся следующие основные полонення:
результаты исследования частотных характеристик СЗС промыгален-шх предприятий с нелинейный: нагрузками и идентификационная модель ЗЭС, построенная с учетом априорной информации о резонансных регатах работы электрооборудования;
результаты исследования условий оптимальности квадратичного критерия качества идентификации при использовании моделей резонанса запряяеплй л резонанса токов;
алгоритмы оптимального параметрического синтеза моделей резонанса напряжений и резонанса токов;'
алгоритмы идентификации ЧІЖЗ СЭС и результаты численного исследования их помехоустойчивости;
метода оптимальной 'настройки резонансных фильтров и результаты исследования относи телышх показателей эффективности фильтрации высших гармоник;
способ управления резонансным фильтром высшей гармоники в СЭС, основанный на оптимальной настройке фильтра1по критерию минимума напряжения на частоте фильтруемой гарг-гаинш.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные модели и алгоритмы идентификации ЧНЗС СЭС обеспечивают значительное повышение точности экспериментальной' оценки входного сопротивления, что создает предпосылки для более эффективного решения проблем повышения качества электроэнергии и электромагнитной совместимости электрооборудования в СЭС промышленных предприятий с нелинейными нагрузками. Так, применение разработанных методов оптимальной настройки резонансных фильтров, тчитывалцих значения полного вхедиолэ сопротивления а частотах высших гаилонпк,. позволяет уменьшить потери электроэнергии t улучшить ее качество и повысить надежность табогы электрооборудования в СЭС действующих промишлен-кых ппедпрпятіїіі.
Разработанные алгоритмы реализованы ь виде программ на алгоритмическом языке ФОРТРАН 77 и используются в' составе информационного обеспечения аппаратуры, предназначенной для автоматизации экспериментальных исследований частотных характеристик и контроля качества электроэнергии в деіїствувдіх СЗС. С использованием этих программ
выполнялась научно-исследовательские работы на ряде предприятий нефтехимической промышленности и цветной металлургии
Апробация работы. Материалы диссертации в целом и отдельные ее части докладывались п обсуждались на: региональной научно-технической конференции, посвященной 50-леглю кафедр "Электрические станции", "Электрические сети и системы" и "Электроснабжение промышленных предприятий" Томского политехнического института, Томск, 1881г.; всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества электрической энергии в промышленных электрических сетях", -Москва, 1.1ДНТП, 1982г.; региональной научно-технической конференции "Рациональное нспользовашіе электрическойэнергии на предприятиях нефтехимических комплексов", Оцск, 1984г.; Х>У и XXVI научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ОмПП, Омск, ID85, 1887г.г.; городской конференции аспирантов п соискателей, Омск, ОмШІ, IS89r.; научных семина-рах кафедры "Электроснабкеше промышленных предприятий" ОмПИ, Омск, І985-І987Г.Г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано S печатных работ, получено одно авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вве-' дения, четырех глав, заключения, грех приложений, списка литературы. Работа содержит НО страшщ текстовой части, 16 страниц-рисунков, 7 таблиц, 8 страниц прплояекпй, список литературы из 88 наименований.
