Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ проблемы ЭМС в осветительных сетях с использованием светодиодной техники и обзор литературы по вопросам влияния несинусоидальности токов и напряжений на электрооборудование электрических сетей 10
1. 1 Нормативные положения 10
1. 2 Особенности расчёта однофазной групповой линии с нелинейными источниками света в осветительных сетях 16
1. 3 Влияние несинусоидальной формы кривых тока и напряжения, оказываемое на электрооборудование в сети 29
1. 4 Способы снижения уровня высших гармоник в сетях ограниченной мощности 36
Анализ результатов и выводы по главе 1 40
Глава 2 Анализ существующих методик расчёта несинусоидальности кривых тока и напряжения в осветительных установках 41
2. 1 Основополагающие теории, описывающие процессы в сетях с несинусоидальными формами кривых тока и напряжения 41
2. 2 Инженерные методы расчёта нелинейных характеристик несинусоидальных режимов в осветительных сетях 44
2. 3 Расчёт режимов линий с применением «Теории мощности» 58
2. 4 Применимость инженерных методов расчёта и принципов линейной электротехники к нелинейным цепям 61
2. 5 Расчёт линий с распределёнными параметрами схем методом четырёхполюсников 63
Анализ результатов и выводы по главе 2 68
Глава З Разработка математической модели электрической сети с распределёнными параметрами с нелинейными нагрузками 69
3. 1 Электрическая сеть наружного освещения как каскад четырёхполюсников 69
3. 2 Расчёт однофазной групповой линии с использованием метода четырёхполюсников 77
3. 3 Расчёт трёхфазной сети с учётом наличия в питающей сети несинусоидального тока 87
3. 4 Выбор программной среды моделирования 91
3. 5 Описание программного продукта 93
Анализ результатов и выводы по главе 3 99
Глава 4 Оптимизация параметров расчёта групповых линий при расчёте осветительных сетей с нелинейными элементами 100
4..1 Описание исследуемой осветительной установки 101
4. 2 Реализация математического моделирования 104
4. 3 Моделирование режимов электроснабжения трёхфазной питающей сети осветительной установки для разрядных источников света 118
4. 4 Методика расчёта дополнительных потерь электроэнергии при несинусоидальности тока для групповой осветительной сети, укомплектованной светодиодными источниками света 127
Анализ результатов и выводы по главе 4 131
Заключение 133
Список используемых источников 135
- Особенности расчёта однофазной групповой линии с нелинейными источниками света в осветительных сетях
- Основополагающие теории, описывающие процессы в сетях с несинусоидальными формами кривых тока и напряжения
- Электрическая сеть наружного освещения как каскад четырёхполюсников
- Описание исследуемой осветительной установки
Введение к работе
Актуальность работы.
Внедрение полупроводниковых технологий в светотехнику началось с развитием новых светодиодных источников света (ИС) с нелинейными вольтамперными характеристиками электронной пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА). Проблема качества электроэнергии обусловлена возрастающим влиянием высших гармонических составляющих тока на работу систем электроснабжения потребителя.
Для электрических сетей наружного освещения (ЭСНО) отсутствует нормативная база, регламентирующая требования проектирования и эксплуатации светодиодных светильников (СДС), однако существуют нормированные нормально и предельно допускаемые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точке присоединения УОС 0,4 кВ, которые составляют 8,0% и 12,0% соответственно. Коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения для сетей 0,4 кВ нормируется для каждой гармоники (ГОСТом установлены нормы до 40-ой гармоники включительно). Присутствие высших гармоник тока в УОС 0,4 кВ приводят к резким скачкам напряжения в узлах нагрузки выше допустимого значения, выходу из строя технологического оборудования, дополнительной загрузке сетей, укоренному старению оборудования, увеличению погрешности измерения приборов учёта электроэнергии, нарушению законодательства РФ в области соблюдения потребителем показателей качества электроэнергии в точке присоединения.
В настоящее время данной проблеме посвящено множество публикаций и разработок, направленных на снижение гармонических составляющих тока в существующих сетях 0,4 кВ, эксплуатирующих разрядные ИС. Подобные исследования освещаются на международных
конференциях OGRE, CIRED, PSCC, IEEE. Большой вклад в решение этих проблем внесли учёные: Железко Ю.С., Курбацкий В.Г., Кучумов Л.А., Смирнов С.С., Бердин А.С., Жежеленко И.В. и др. Вместе с тем, достаточно полного комплексного подхода к решению вопроса прогнозирования показателей качества электроэнергии (КЭЭ) для УОС, укомплектованных светодиодными ИС, пока нет.
Проведённый анализ показал, что для оценки эффективности капиталовложений при выборе мер по компенсации высших гармоник тока в настоящее время существует ряд методик, опирающиеся на принятие некоторых допущений, искажающих результаты расчётов. Расчёт, проведённый для двенадцати линий наружного освещения, принадлежащих ООО «Орехово-Зуевская электросеть», для ИС типа ДНаТ-100 без учёта нелинейности нагрузки показал несоответствие расчётного значения годового электропотребления с практическими данными в 12,3%, что составляет 16200 кВт*ч в год. Результаты расчёта сети с учётом нелинейных характеристик используемого оборудования расходятся с практическими данными на 4.5%. Применение методики расчёта установившихся режимов в сетях наружного освещения с учётом нелинейных характеристик светодиодных светильников с использованием сертификационных данных позволяет снизить погрешность расчёта, использовать предупредительные меры по снижению уровней гармонических составляющих тока, выбрать рекомендуемое место фильтрокомпенсирующих устройств без дополнительного искажения показателя несинусоидальности тока в сети наружного освещения.
Рассматриваемый вопрос воздействия высших гармонических составляющих тока от светодиодных источников света на работу электрооборудования электроустановок потребителя является актуальным, т.к. высшие гармоники приводят к остановкам технологического оборудования, материальным затратам и нарушает экологическую безопасность окружающей среды.
Идея работы заключается в построении компьютерной модели электрической сети наружного освещения, в которой учитываются параметры используемого осветительного оборудования и работы светодиодных светильников, влияющие на показатели качества электроэнергии, с последующим определением спектра частот высших гармоник тока в любой точке рассматриваемой системы.
Цель работы: разработка методики расчёта установившихся режимов электрических сетей наружного освещения с учётом нелинейных характеристик светодиодных источников света.
Объект исследования: светодиодные источники света наружного освещения с нелинейной вольтамперной характеристикой ПРА.
Предмет исследования: взаимосвязь параметров высших гармоник тока, генерируемых электронной пускорегулирующей аппаратуры различных ИС в ЭСНО, с показателями качества электрической энергии.
Задачи исследования:
Анализ ПРА разрядных и светодиодных источников света, как источников гармонических составляющих тока;
Анализ существующих методик расчёта дополнительных потерь на несинусоидальность тока в сетях 0,4 кВ;
Исследования вольтамперных характеристик источников света и высших гармонических составляющих тока в осветительной сети;
Разработка программного комплекса по расчёту дополнительных потерь электроэнергии на несинусоидальность тока в электрических сетях наружного освещения с использованием метода четырёхполюсника;
Апробация разработанного программного комплекса на примере общегородской уличной осветительной сети, укомплектованной ИС с нелинейными характеристиками ПРА.
Методика исследования.
Для решения вышеперечисленных задач использованы гармонический анализ, теория четырёхполюсников, принцип суперпозиции в теории электрических цепей, математические численные методы (свойства решения интегральных уравнений, алгоритм нахождения собственных значений невырожденных матриц), теория линий с распределенными параметрами.
Для расчётов по разработанной методике, реализующей используемые методы, использован пакет программ MathCAD.
Научная новизна основных результатов диссертационной работы состоит в следующем:
Разработана математическая модель для однофазных и трехфазных групповых линий ЭСНО, позволяющая рассчитать гармонический состав тока на аппарате защиты групповой линии, с учётом гармоник тока питающей сети, и сертификационных характеристик используемого оборудования;
Разработана методика расчёта мощности, потребляемой групповой и питающей сетью наружного освещения, с учётом нелинейных характеристик светодиодных источников света;
Доказано, что количество светодиодных источников света в фазе групповой сети определяется мощностью и напряжением зажигания светодиодного источника света с учётом дополнительных потерь от несинусоидальности тока.
Практическая значимость полученных результатов состоит в разработке математической модели сетей наружного освещения для расчёта дополнительных потерь при несинусоидальности тока в групповых линиях и прогнозировании состава высших гармоник тока для выбора места установки компенсирующих средств с целью обеспечения нормируемого уровня гармоник.
Предложенная модель прогнозирования может быть использована для коммерческих расчётов в существующих осветительных сетях, для проектирования сетей с учётом нелинейных характеристик применяемого оборудования.
На защиту выносятся следующие положения:
Алгоритм расчёта осветительных сетей, сочетающих линейные и нелинейные нагрузки, методом четырёхполюсников с использованием сертификационных данных, предоставляемых производителем осветительных приборов.
Программный комплекс по определению количества светодиодных светильников в наружных осветительных сетях с учётом нелинейности применяемой электронной пускорегулирующей аппаратуры.
Результаты экспериментальных исследований электропотребления в сетях наружного освещения, внедренные в ООО «Орехово-Зуевские электросети» г. Орехово-Зуево Московской области, подтвердили адекватность предложенной математической модели в области рассчитанной дополнительно потребляемой мощности вследствие нелинейных характеристик используемой нагрузки.
Апробация работы.
Основные результаты исследования апробировались на научно-технических и международных конференциях и семинарах: «Энерго- и ресурсоэффективность в энергобезопасности России» (Казань. 2007); «Электрификация металлургических предприятий Сибири. К 100-летию со дня рождения А.А. Фёдорова» (Москва, 2007); Четырнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва. 2008); международной научно-технической конференции «Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы» (Казань. 2008).
Результаты исследований опубликованы пять статей, две из которых опубликованы в журнале «Промышленная энергетика».
Предложен комплекс мероприятий, направленных на улучшение показателей качества электроэнергии в области несинусоидальности тока в системах уличного освещения ООО «Орехово-Зуевская электросеть» г. Орехово-Зуево Московской области.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка используемых источников из 101 наименования. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 14 таблиц.
Особенности расчёта однофазной групповой линии с нелинейными источниками света в осветительных сетях
До появления статических преобразователей наличие гармонических искажений в энергосистемах ассоциировалось, в первую очередь, с работой электрических машин и трансформаторов. Действительно, основными источниками гармоник, существовавшими ранее в электрических системах, были намагничивающие токи силовых трансформаторов. [15] После выполнения требований по конструированию экономичных генераторов, что привело к искажению формы кривой напряжения, - генераторы электрических станций стали вторым основным источником гармоник. Современные трансформаторы и вращающиеся машины в нормальных условиях работы не вносят существенных искажений в сеть [16]. Однако при переходных процессах и в условиях работы, отличных от проектируемых, эти искажения могут сильно увеличиваться.
Кроме статических преобразователей, существуют ещё два вида нелинейных нагрузок, чьё влияние на формы кривых напряжения и тока вносит существенный вклад в ЭМО сети, - это дуговые печи и осветительные приборы (или полупроводниковые преобразователи), использующие энергию разряда [17]. Источниками гармоник тока них являются выпрямители и инверторы с фазовым управлением. Все они могут быть разделены на три большие группы: 1 - большие преобразователи, используемые, например, в металлургии и в передачах постоянного тока высокого напряжения [18]; 2 - преобразователи средней мощности, подобные используемым в промышленности для управления электромоторами и на железной дороге [19]; 3 - маломощные преобразователи однофазных устройств, таких, как телевизоры и устройства перезарядки батарей [20], [21]. Рассматриваемая в этой работе проблема касается осветительных сетей и, соответственно, источников света. Используемые здесь схемные решения для накопления и преобразования энергии предполагают наличие гармонических составляющих тока [22]. Рассмотрим существующие ИС более подробно. Светодиодные источники света Процесс работы светодиода основан на эффекте прямого преобразования энергии электрического тока в световую [23]. В 1923 году Российский физик О.В.Лосев открыл этот эффект, наблюдая слабое свечение кристаллов карборунда при пропускании через них электрического тока. Однако КПД и световая мощность созданного источника света были настолько малы, что он представлял лишь научный интерес, хотя Лосев уже тогда наметил возможную область применения открытого им эффекта.
Практическая же реализация твердотельных светоизлучающих приборов, представляющая коммерческий интерес, стала возможной лишь в 60 - 70 годы с после обнаружения эффективной люминесценции полупроводниковых соединений типа АШВУ - фосфида и арсенида галлия и их твердых растворов [24]. На их основе были созданы первые светодиоды и таким образом был заложен фундамент новой отрасли техники — оптоэлектроники.
В настоящее время многие ведущие производители, крупнейшими из которых являются Nichia Corporation, Сгее и Lumileds Lighting (Philips), продолжают интенсивные исследования, направленные на увеличение эффективности и надежности полупроводниковых источников света. Светодиодные матрицы (СДМ), состоящие из набора единичных светодиодов, объединённых конструктивными или технологическими методами (на одном кристалле), в настоящее время широко применяются в быту и промышленности в том числе для местного освещения, архитектурной и комбинированной подсветки зданий. Наиболее передовая разработка - создание СДС, способных прямо заменить светильники наружного освещения [25]. Этому способствует и определённое улучшение оптических характеристик СДМ. Широкому внедрению подобных светильников препятствуют неудовлетворительные стоимостные показатели.
Наиболее часто для задания токов через светодиоды, применяемые в области индикации, используют активные резисторы. Такая схема включения обладает невысоким КПД, который принципиально не может быть достаточно большим. Поэтому для осветительных целей применяются схемные решения ППЭЭ без активных резисторов. Целесообразно использовать устройства электропитания светодиодных цепей с использованием реактивных элементов, в которых отсутствуют потери активной мощности. В некоторых случаях используют управление СДМ с помощью индуктивных накопителей энергии электрического тока. В подобных схемах управления СДМ в качестве ключей управления могут использоваться как биполярные, так и транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП (металл — диэлектрик — полупроводник). Вторые обладают лучшими энергетическими характеристиками, в основном за счёт снижения мощности сигналов управления [26]. Т.к. транзисторы схемы работают в импульсном режиме, то мощность, рассеиваемая ими, будет существенно меньше, чем в схеме управления, использующей активные резисторы. На практике в схемах с МДП транзисторами вполне допустимы значения КПД (0.8+0.9) в отличие от схем с активными резисторами, где КПД (0.2-0.45). [27], [28].
Основополагающие теории, описывающие процессы в сетях с несинусоидальными формами кривых тока и напряжения
Поскольку вопрос нормирования искажения синусоидальности кривых напряжения и тока исследовался в мире и ранее, то к настоящему моменту существует ряд методов по учёту и нейтрализации их вредного воздействия. Дальнейшее рассмотрение вопроса ЭМС ППЭЭ в ОУ невозможно без предварительного рассмотрения используемых методов нейтрализации искажения синусоидальности.
Все модели, описывающие связь автоматических и автоматизированных систем технологического управления, могут быть построены с применением теории длинных линий. Данная теория является одной из наиболее общих и строгих из используемых теорий для решения задач определения параметров механизмов связи и поэтому содержит мало допущений:Диаметр проводников и расстояние между ними (или между проводником и землёй) меньше длины волны;
Между токами, протекающими по различным элементам линии, отсутствует взаимное влияние, наведённые токи не влияют друг на друга посредством излучения (предполагается, что линия более или менее прямолинейна). При помощи теории линий можно получить быстрое и точное решение задач, связанных со взаимодействием кабелей и линий. Частным случаем теории длинных линий является квазистатическая теория, или теория цепей. Иногда её называют теорией Кирхгофа или теория Ленца, т.к. её основой являются законы Кирхгофа и Ленца. Эта теория требует для своего применения выполнения следующих ограничений [65]: Длина цепи много меньше длины волны, т.е. отсутствует эффект распространения (волновой эффект); Ток остаётся неизменным в пределах каждого элемента цепи. При выполнении этих условий цепь может быть представлена сосредоточенными элементами (не имеющими размеров), соединёнными последовательно или параллельно в сеть, состоящую из узлов и ветвей, для которой составляются уравнения Кирхгофа. Магнитный поток, пересекающий контур, учитывается введением сосредоточенного элемента в виде индуктивности.
Все эти допущения ограничивают распространение (по крайней мере, количественно) полученных выводов теории цепей на длинные цепи (длина которых сравнима с длиной волны). Для таких цепей требуется либо обращение к более общим теориям, либо использование эмпирических законов или законов статистики.
Одним из основных преимуществ теории цепей является простота вычислений, для которых не требуется применение численных методов. Вследствие этого механизм связи может быть рассмотрен при небольших размерах цепи. Более того, отпадает необходимость в расчёте электромагнитных полей и построении соответствующей модели, а их источник всегда представляется в виде тока или напряжения. Таким образом, модель может быть использована для описания непосредственного контакта с источником возмущения (источником тока или напряжения, введенным непосредственно в сеть) или косвенного взаимодействия посредством электрического или магнитного поля. По указанным причинам большинство механизмов передачи помех представляют на основе теории цепей. Этот подход позволяет упрощённо моделировать процесс передачи электромагнитных помех [66].
При анализе путей передачи возмущений от источника к приёмнику их делят на две группы: механизм связи образуется посредством прямого электрического контакта между источником и приёмником или посредством электромагнитного поля (отдельно электрической или отдельно магнитной составляющей, или их совместным воздействием). Таким образом, существует классификация по способу передачи помех: гальванические (кондуктивные) связи и связи излучением (полевые связи).
Однако, когда возмущение воздействует на приёмник посредством гальванической связи, его воздействие на чувствительные цепи может происходить по разному, в зависимости от типа сопротивления (активное или реактивное, собственное или взаимное), по которому протекает ток.
Иногда при передаче возмущения происходит комбинация различных физических механизмов воздействия, но часто используют понятие связь через полное сопротивление, понимая при этом, что при очень низких частотах и при чисто активном характере сопротивления данный способ взаимосвязи может быть назван связью через активное сопротивление. Способы взаимосвязи без гальванического контакта подразделяют на три категории в зависимости от того, могут ли электрическая и магнитная составляющая магнитного поля рассматриваться отдельно или необходимо их совместное рассмотрение.
Таким образом, может быть предложена следующая классификация способов передачи возмущений: - связь через общее сопротивление (в том числе связь через активное сопротивление); - индуктивная, или магнитная связь (магнитное поле в ближайшей зоне); - ёмкостная, или электрическая связь (электрическое поле в ближней зоне); - связь излучением, или электромагнитная связь (поле в дальней зоне). Теория цепей может быть применена для рассмотрения только первых видов взаимосвязи. Четвёртый способ требует для своего рассмотрения применения одной из более общих теорий.
Электрическая сеть наружного освещения как каскад четырёхполюсников
Электрическая сеть наружной осветительной установки состоит из источников света, автоматов защиты и передающих сетей. Улицам с различной интенсивностью и плотностью движения присваивается соответствующая категория (А, Б, В) в соответствии с МГСН 2.06-99 (таблица 3.1).
В Улицы и дороги местного значения 500 и более менее 500 0,4 0,3 64 Этим категориям соответствует значение горизонтальной освещённости в плоскости дороги. Для обеспечения требуемых величин освещённости над уровнем дороги в зависимости от назначения дороги через каждые 30 м устанавливается фонарные опоры. На них на высоте 6, 8 или 10 м закрепляются кронштейны с возможностью закрепления одного, двух или трёх светильников. В ОУ, различных по функциональному назначению и году создания, могут использоваться светильники типа ЛН, ДРЛ или ДНаТ номинальной мощностью 100, 150, 250, 400 Вт. За последние три года на рынке уличных светильников появились светильники с меньшим электропотреблением, использующие в качестве источников света твердотельные мощные сверхяркие светодиоды (пункт 1.2). Для моделирования групповой осветительной линии УОС используем четырёхполюсник, изображённый на рисунке 2.2. Независимо от типа используемых источников света, электрическая схема подобной осветительной сети остаётся практически неизменной. Если принять сопротивления проводов как сосредоточенные величины, то схема замещения сети будет выглядеть аналогичной схеме, изображённой на рисунке 3.1. Здесь Z0o І и ZON І - активное и индуктивное сопротивление для і-го участка проводника групповой сети для фазной и нулевой жилы соответственно; Y0 і — ёмкостное сопротивление и проводимость і-го участка проводника групповой сети; ZMc j - комплексное значение сопротивления комплекта ИС+ЭПРА.
Схема замещения УОС Расстояние между опорами по всей длине осветительной линии одинаково и принято равным 30 метрам. Материал и сечения фазной и нулевой жилы проводника сети одинаковы по всей длине линии. Таким образом, можно считать: = 7 =7 ==7 =7
Сопротивления источников света одинаковы, если используемые ИС имеют одинаковый тип и мощность. Поскольку в большинстве светильников уличного освещения используются ИС типа ДНаТ-250, то ДНаТ-250 В действительности такая схема отображает часть сети, включающую в себя источник света и групповую сеть от искомого ИС до следующего ближайшего от него источника света.
Недостаток подобного разбиения состоит в том, что реальная линия имеет распределённое сопротивление. В действительности длина питающего провода от точки включения до первого светильника может быть отличной от 30 м. Приведём схему, изображённую на рисунке 3.2, к виду
Физический смысл четырёхполюсника с n-м номером не искажается вследствие разомкнутости вторичных зажимов. Модернизированный четырёхполюсник изображён на рисунке 3.4. Предложенная схема выгодно отличается от схемы, изображённой на рисунке 3.2, наличием четырёхполюсника, помеченного номером «0». Поскольку длина четырёхполюсника №1 (и, соответственно, сопротивление Zno) линии от начального светильника до пункта питания зачастую не равна 30 м, то изменяя Zno в соответствии с 10, возможно добиться максимального соответствия модели существующей УОС. Четырёхполюсник, описанный на рисунке 3.5, в действительности представляет собой сложную систему, условное изображение которой представлено на рисунке 3.6.
Для подробного расчёта схему (рисунок 3.5) необходимо привести к схеме, изображённой на рисунке 3.1. Такая схема аналогична рисунку 3.1, и представляет в целом каскадное соединение двух чередующихся типов четырёхполюсников. Рассмотрим каждый из них подробнее. Первый, изображённый на рис. 3.1.7.(четырёхполюсник I), блок является схемой замещения передающей сети. Использование параметров ro, go, 1 ь с0 является следствием наличия в передающих сетях активных и реактивных потерь, а также токов утечки. Это означает, что сопротивление такого четырёхполюсника является нелинейным, т.е. различно для различных значений воздействующего несинусоидального напряжения. В таком случае возникает необходимость расчёта параметров А, В, С, D (см. п. 2.5) для каждой из частот всего исследуемого гармонического ряда. Значения каждой из переменных будет представлять собой одномерный массив, включающий по 40 значений. Тогда матрица коэффициентов примет вид:
Такая форма записи является наиболее удобной для расчётов четырёхполюсников сетей по известным исходным данным. Второй блок, изображённый на рисунке 3.7 (четырёхполюсник II), представляет собой либо блок пускорегулирующей аппаратуры в случае использования традиционных разрядных ламп, либо драйвер СДС, описанный в пункте 1.2.
Полученная матрица имеет форму записи, аналогичную формуле (3.3). Результирующие формульные выражения сведены в таблицу 3.2. Рассмотрим способы получения функции ВАХ для разрядных и светодиодных источников света. Значения токов, генерируемых драйвером светодиодного светильника на разных гармониках, не зависит от значения приложенного напряжения, если оно находится в пределах от и3джиг до ЦПРЕДЕЛ (рисунок 1.4), и для каждой из гармонических составляющих тока определяется электротехническими данными светильника. Таким образом, любой СДС либо пропускает в сеть ток, одинаковый как по форме кривой, так и по значению, либо не является проводником вообще.
Описание исследуемой осветительной установки
Сеть ограниченной мощности, f=50 Гц, иф Ном=220В. Максимальный номер гармоники в исследуемом спектре: N=40. Для расчёта принят спектр питающей сети, приведённый в [99] (таблица 4.1).
Параметры комплекта «источник света — блок питания»: Для применяемого расчёта основным исходным параметром источника света является спектр гармонических составляющих тока, предоставляемый производителем в паспортных данных. Форма задания представляет собой столбец из 40 строк, заполняемый в соответствии с индивидуальным гармоническим составом блока ППЭЭ-ИС. В качестве исходных данных принят пример, приведённый в пункте 1.2 «ДНаТ с компенсацией».
Параметры соединительных проводников групповой сети: Принят проводник типа СИП-5х25 производства Сарансккабель с первичными удельными параметрами: удельное активное сопротивление 11=1,380 Ом/км, удельная индуктивность L=0,07840 мГн/км), удельная ёмкость С=80 пФ/км, проводимость изоляции G=0,04 Сим/км.
Расстояние между первым светильником и РП, как и последующие расстояния между светильниками были приняты равным 30 м, что соответствует принятой практике расстановки опор освещения в городах и населенных пунктах. При моделировании трёхфазной осветительной сети принята сеть с равномерно распределённым электропотреблением по всем трём фазам (симметричная нагрузка).
Электрическая схема соединения исследуемой части осветительной установки:
Схема электроснабжения УОУ города является динамическим объектом. При оптимизации энергетических объектов, развивающихся во времени, применяется, как правило, поэтапная оптимизация, которая связана с итерационным расчётом архитектуры сети от периферии к центру нагрузок.
Существующая часть осветительной сети г. Орехово-Зуево, изображена на рис. 4.1. Пофазная электрическая схема приведена на рисунке 4.18. Параметры схемы сети и нагрузка полностью известны и исчерпывающе описаны на представленной схеме, включение и выключение ИС производится в соответствии с «Графиком включения и отключения установок наружного освещения» [100].
Данные по электропотреблению за год эксплуатации предоставлены организацией, эксплуатирующей исследуемую осветительную установку, ООО «Орехово-Зуево Электросеть». Математическая реализация алгоритмов расчёта, индивидуальных для светодиодных ИС.
Для широкого применения математических алгоритмов, описанных в п.п. 3.2-3.5, необходимо привести их к законченной математической реализации в виде самостоятельных подпрограмм, созданных в выбранной программной среде. Программная реализация по своей сути предусматривает не только набор существующих или вновь созданных операторов, но и также существование функций или операторов связи подпрограмм, операторов ввода/вывода информации, а также наличие в теле программы вспомогательных операторов, не относящихся к расчёту напрямую, но позволяющих проверить верность исходных данных, либо осмыслить (оценить) полученные промежуточные результаты.
На базе предложенных ранее алгоритмов разработан программный продукт «Rearx», призванный производить расчёт ЭМО в области несинусоидальности кривой формы тока в осветительных сетях с полупроводниковыми преобразователями, встроенными в источники света. Программа состоит из оболочки, написанной на языке «C++», и математической последовательности, реализованной в пакете «MathCAD». Тело оболочки представляет собой только удобный интерфейс ввода/вывода информации. Состав математического файла представляет собой ряд основных и вспомогательных подпрограмм, реализованных в приложении MathCAD PLUS.
Алгоритм восстановления функции ВАХ ПП по спектру гармонического состава тока в соответствии с п. 3.2 представляет из себя набор трёх составляющих. Программная реализация также состоит из трёх подпрограмм.
Формирование матрицы коэффициентов представлено алгоритмом «Matrix_a(n) . Алгоритм блок-схемы рисунка 3.4 по добавлению в матрицу коэффициентов (Um)u представлен оператором «MultMatr(Matrix_a, Um,n)».
Данный оператор, используя только такие исходные параметры, как ND - максимальный номер исследуемой гармоники и Um - амплитудное значение напряжения, сохраняет в оперативной памяти компьютера значения формируемой матрицы с учётом (Um) и свободных коэффициентов.
Для расчёта необходимо перевести исходный спектр гармоник тока, предоставляемый производителем в процентах от значения тока основной гармоники, в именованные единицы. Это достигается путём последовательного перемножения значения основного тока на первой гармонике, на процентные соотношения, представленные в исходном столбце. Обозначения, используемые в программе:
Похожие диссертации на Разработка методики расчета установившихся режимов электрических сетей наружного освещения с учетом нелинейных характеристик светодиодных светильников
