Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса качества электрической энергии и постановка задачи исследования 12
1.1 Проблема качества электрической энергии. 12
1.2 Влияние потребителей электрической энергии на показатели ее качества 18
1.3 Выводы и постановка задачи 30
2 Анализ состава электрооборудования и графиков нагрузки нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии 32
2.1 Агрегирование оборудования с точки зрения влияния на качество электроэнергии 32
2.2 Состав установленного оборудования предприятий 36
2.3 Ценологический подход к анализу состава электрооборудования предприятий 49
2.4 Анализ графиков нагрузки 57
2.5 Выводы 67
3 Влияние состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающего напряжения 69
3.1 Введение в сущность проблемы совокупного влияния 69
3.2 Информационное обеспечение имитационной модели 73
3.3 Синтез имитационной модели 76
3.4 Эксперименты на имитационной модели
3.4.1 Определение количества итераций для получения устойчивых результатов : 87
3.4.2 Влияние мощности короткого замыкания питающей системы на гармонический спектр напряжения 89
3.4.3 Влияние величины расчетной нагрузки при сохранении долей участия различных групп оборудования на гармонический спектр напряжения
3.4.4 Оценка вклада в несинусоидальность напряжения отдельных групп оборудования, представленных своими долями 92
3.5 Адекватность имитационной модели 98
3.6 Выводы 108
4 Методика оценки влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающего напряжения 110
5 Экономическая эффективность мероприятий по улучшению синусоидальности напряжения 117
Заключение 124
Список использованных источников
- Влияние потребителей электрической энергии на показатели ее качества
- Ценологический подход к анализу состава электрооборудования предприятий
- Синтез имитационной модели
- Оценка вклада в несинусоидальность напряжения отдельных групп оборудования, представленных своими долями
Введение к работе
Актуальность проблемы. Экономическая эффективность производства в значительной степени зависит от качества электроснабжения. Проблемы энергосбережения, обеспечения качества электроэнергии (КЭ) в пределах установленных стандартом норм и электромагнитной совместимости стали в настоящее время актуальными в области электроснабжения железнодорожного транспорта. Это подтверждается принятием постановления правительства РФ и закона «Об энергосбережении», а также решениями отраслевых научно-технических конференций «Ресурсосберегающие технологии на обособленных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 15 мая 2003 г.), «Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОАО «РЖД» (Омск, 2 ноября 2004 г.) и др.
Улучшения КЭ в электрических сетях нетяговых железнодорожных потребителей можно достичь за счет реализации комплексных мероприятий, разработанных на основе исследований, посвященных оценке совокупного влияния технологического оборудования предприятий на синусоидальность питающих напряжений.'
Успешное решение комплекса сложных вопросов, связанных с анализом несинусоидальных режимов, во многом стало возможным благодаря работам ученых Жежеленко И. В., Железко Ю. С, Круга К. А., Шидловского А. К., Аввакумова В. Г., Мамошина Р. Р., Германа Л. А., Лурье Л. С, Буркова А. Т., Баде-ра М. П., Ариллага Дж. и др.
Ухудшение КЭ в электрических сетях увеличивает электрическое и магнитное влияние на смежные устройства, приводит к дополнительным потерям активной мощности в электрических аппаратах, к снижению срока их службы, недоиспользованию по установленной мощности и даже к браку продукции. Повышением качества электроэнергии можно достичь снижения затрат на электрическую энергию, поэтому обеспечение КЭ в электрических сетах общего назначения, питающих тяговую нагрузку, а также на шинах питания нетяговых железнодорожных потребителей представляет собой важную технико-экономическую задачу.
Для разрешения комплекса вопросов, в том числе связанных с энергосбережением на железнодорожном транспорте, необходимо осуществлять оценку влияния технологического оборудования нетяговых потребителей на КЭ по синусоидальности напряжения в узле питания. Крупное стационарное предприятие железнодорожного транспорта имеет широкую номенклатуру типов электроприемников (ЭП) и сложную конфигурацию электрических сетей, поэтому обеспечение требуемого КЭ представляет собой трудную, многофакторную задачу. Для ее реализации необходимо иметь качественно новые методологические подходы.
Целью диссертационной работы является разработка методики оценки
совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых же
лезнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность пи
тающих напряжений. І МЗДИО! сед "і
чЯЯЩ
Методы исследования. В ходе проводимых исследований для решения поставленных задач использовались методы теории линейных электрических цепей; анализа электрических сетей в условиях несинусоидальности токов и напряжений; имитационного моделирования; статистических испытаний (Монте-Карло); метод непосредственного натурного эксперимента; теории вероятностей и математической статистики.
Большинство выводов и результатов работы получено с использованием
средств вычислительной техники в среде MathCAD 2001, Power Vision vl .За и др. ,
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем-
-
предложено агрегирование электрооборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии различного направления хозяйствования по условию влияния этого оборудования на КЭ; ч
-
разработана имитационная модель влияния состава технологического оборудования предприятия на синусоидальность питающего напряжения, позволяющая прогнозировать гармонический состав напряжения в узле питания при вариации состава технологического оборудования; определять вклад в несинусоидальность питающего напряжения отдельных групп оборудования, представленных своими долями; исследовать влияние мощности короткого замыкания питающей системы, величины расчетной нагрузки при сохранении долей участия различных групп оборудования на гармонический спектр питающего напряжения.
Достоверность научных положений и результатов диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями, доказывающими адекватность имитационной модели. Расхождение между результатами теоретического моделирования и натурных измерений в реальных условиях не превышает 15 %.
Практическая ценность работы определяется комплексом решенных научно-технических задач, обеспечивающих снижение эксплуатационных расходов в хозяйстве электроснабжения и состоит в том, что
1) выполнен анализ состава технологического оборудования по установ
ленной и расчетной мощности нетяговых железнодорожных потребителей
электрической энергии различного направления хозяйствования, в результате
чего представлено процентное соотношение типов электроприемников в сум- і
марной нагрузке предприятий, а также распределение их количества по установленной мощности в соответствии с ценологической теорией;
-
разработана имитационная модель, результаты расчетов на которой позволяют на этапе проектирования или изменения состава электрооборудования предприятия прогнозировать гармонический спектр напряжения при вариации состава электроприемников и других влияющих факторов;
-
результаты имитационного моделирования влияния состава технологического оборудования на синусоидальность питающих напряжений позво тают выработать рекомендации по улучшению КЭ, по возможности подключения
і t'ttf+fi \
или отключения того или иного оборудования (график работы, мощность и тип подключаемого устройства и др.) при условии соблюдения нормативных требований;
4) предложена методика оценки совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающих напряжений.
Реализация результатов работы. Разработанная методика оценки совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающих напряжений использовалась при энергообследовании в вагонном депо Московка и передана к использованию в структурное подразделение «Энергосбыт» Западно-Сибирской, Красноярской и Южно-Уральской железных дорог.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены, докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии на обособленных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2003), на восьмой всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции в развитии и конструировании коллекторных и других электромеханических преобразователей энергии» (Омск, 2003), на международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации» (Томск, 2004), на международной научно-технической конференции «Компьютерные и вычислительные технологии в задачах естествознания и образования» (Пенза, 2005), на международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии СТТ 2005» (Томск, 2005), на международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (Новочеркасск, 2005), на межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Молодежь, наука, творчество-2005» (Омск, 2005), на научно-техническом семинаре ОмГУПС «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2005).
Публикации. Научные материалы диссертационной работы опубликованы в семи печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников из 120 наименований. Общий объем диссертации составляет 157 страниц, включая 35 рисунков и 15 таблиц.
Влияние потребителей электрической энергии на показатели ее качества
В общей проблеме улучшения КЭ можно выделить следующие аспекты: — разработка рациональной системы ПКЭ и нормативно-технических документов, инструкций, указаний и т.п., определяющих порядок решения задач обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) всех видов оборудования, подключенных к общей электрической сети; — разработка, промышленное освоение и внедрение в практику эксплуатации сетей средств измерения ПКЭ, позволяющих оценивать КЭ в конкретной ситуации; — разработка, промышленное освоение и внедрение технических средств повышения КЭ (симметрирующих, фильтрокомпенсирующих, стабилизирующих устройств и т.д.); — разработка методов оптимального управления КЭ в электрических сетях. Таким образом, проблема КЭ имеет три основных аспекта: экономиче ский, математический и технический. Основным нормативным документом в указанной области является ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [29], устанавливающий нормы на показатели качества электрической энергии (в терминах МЭК нормы на кондуктивные низкочастотные помехи). В нем, а также в ГОСТ 23875-88, приведены основные термины и определения, связанные с качеством электроэнергии.
Наряду с указанным выше стандартом существуют ряд отраслевых и прочих правил, инструкций и руководящих документов, регламентирующих отношения в области качества электроэнергии.
Методы анализа КЭ, в том числе операции выполнения измерений, обработки и представления результатов измерений, порядок проведения работ, процедуры выполнения измерений, обработки и представления результатов изло 15 жены в руководящих документах «Методические указания по контролю и анализу КЭ в системах электроснабжения общего назначения. 4.1. Контроль КЭ и 4.2. Анализ КЭ.» [94, 95]. «Правила присоединения потребителя.к сети общего назначения по условиям влияния на качество электроэнергии» [91] устанавливают способы расчета допустимых вкладов потребителей в значение каждого из ПКЭ, нормированных стандартом. Их значения указывают в технических условиях на присоединение новых потребителей. «Правила применения скидок и надбавок к тарифам за КЭ» [90] устанавливают способы определения фактических вкладов потребителя в уровни ПКЭ в точке учета электрической энергии. «Инструкция о порядке расчетов за электрическую и тепловую энергию» [51] в разделе 4 устанавливает штрафные санкции к виновнику ухудшения КЭ в виде скидки (надбавки) к тарифу на электроэнергию. Значительное внимание вопросам нормирования и стандартизации КЭ в настоящее время уделяют такие ученые, как Железко Ю.С., Мамошин P.P., Жежеленко И.В. и др., а также некоторые научно-производственные лаборатории [1, 2, 24, 36-47, 64, 71, 74, 112-114]. Электрическая энергия является продукцией электроэнергетических систем, к качеству которой предъявляются такие же требования, какие предъявляются к качеству любой промышленной продукции. От КЭ в значительной степени зависят условия работы ее потребителей.
Необходимо отметить, что если нарушение технических условий может быть замечено по косвенным проявлениям (перегрев элементов электрооборудования, повреждения, увеличения брака и т.п.), то снижение технико-экономических показателей работы систем электроснабжения от ухудшения качества электроэнергии может оставаться незамеченным. Для его выявления требуется тщательный контроль, выполнение специальных расчетов, сопоставление с другими аналогичными условиями. При решении задач оптимизации качества электроэнергии возникает необходимость в сравнении большого количества вариантов. Многовариантность задач обуславливает проведение технико-экономических расчетов, целью которых является выбор экономически обоснованного, наиболее рационального решения. В последнее время разработан ряд частных критериев оптимизации структур и параметров устройств, предназначенных для улучшения КЭ [1, 61, 83, 97].. Частными критериями служат показатели симметрии и синусоидальности системы токов и напряжений, компенсации реактивной мощности, потерь активной мощности, мощности устройств, приведенных затрат и др.
В настоящее время разработано и внедрено в эксплуатацию огромное количество зарубежных и отечественных средств измерений параметров электрической энергии [10, 65]. Большинство из них по своим техническим данным соответствуют предъявляемым к ним требованиям [29].
Значительное место в широком круге вопросов, связанных с качеством электроэнергии (блок "взаимное влияние" на рисунке 1), занимает влияние КЭ на эффективность режима работы электротехнического оборудования и функциональное состояние системы электроснабжения, а также влияние несимметричных и несинусоидальных приемников электрической энергии на показатели ее качества.
Вопросы влияния КЭ на эффективность работы различных типов электротехнического оборудования достаточно подробно рассмотрены в работах И.В. Жежеленко, А.К. Шидловского, Мельникова Н.А., Вагина Г.Я., Константинова Б.А., Багиева Г.Л. и др. [6, 12, 21, 33, 36, 42, 84, 105, 119]. В последнее время, в связи с широким развитием информационных, вычислительных систем и комплексов, появились работы, связанные с анализом условий ЭМС указанных электроприемников, в том числе исследования влияния компьютеров, оргтехники и т.п. на ПКЭ [31].
Ценологический подход к анализу состава электрооборудования предприятий
Значительное количество потребляемой на предприятии электроэнергии расходуется на электропривод. На рассматриваемом предприятии его доля составляет 18,1 % от установленной мощности всего электрооборудования. Основную долю электропривода составляют асинхронные двигатели с коротко-замкнутым ротором. Реже используются синхронные двигатели (в компрессорных) в силу известных конструктивных особенностей. К электроприводу было отнесено также подъемно-транспортное оборудование.
Расход электроэнергии на освещение на предприятии составляет 7,9 % от общего потребления.
Доля сварочного оборудования на предприятии по установленной мощности составляет 7,6 %. Электродуговое сварочное оборудование находит широкое применение при ремонте в условиях мастерских. Оно оборудовано аппаратами для ручной дуговой сварки.
К прочему оборудованию отнесено 19,4 % всего электрооборудования. Многочисленные помещения с незначительными производственными1 мощностями предопределяют значительное энергопотребление электротермическим оборудованием. Основные производственные мощности (электропривод, сварочное оборудование) сосредоточены в ремонтно-ревизионном участке и в мастерских.
Таким образом, анализ состава электрооборудования стационарных железнодорожных предприятий различного направления хозяйствования показал, что во-первых, для каждого типа предприятия характерен определенный состав технологического оборудования; во-вторых, однотипные предприятия по технологии производства работ имеют практически одинаковые группы ЭП, выраженные своими долями в расчетной нагрузке. Установленное на предприятии электрооборудование характеризует возможные вариации долей участия групп ЭП в расчетной нагрузке в процессе производства работ в течении определенного времени, например, рабочей смены или суток. Причем доли типов ЭП в расчетной установленной мощности предприятия будем в дальнейшем рассматривать за математические ожидания долей участия групп ЭП в расчетной нагрузке, распределенной по определенному закону. При таком подходе будем считать, что изменения графика нагрузки предприятия обусловлены как изменением суммарного расчетного тока, потребляемого нагрузками, так и изменением состава включенного в работу электрооборудования вследствие вариации по определенному закону долей участия групп ЭП в расчетной нагрузке около их математических ожиданий. Далее будет показано, что изменение долей участия в расчетной нагрузке распределяется по нормальному закону.
Необходимость изучения системы в целом, а не отдельных ее элементов предопределила необходимость нового математического аппарата. Ранговый анализ, является основным инструментом техноценологического подхода к исследованию технических систем определенного класса. Центральным является фундаментальное понятие техноценоза, отличительная черта которого — специфика связей между техническими элементами. Специфика находит отражение в методологии исследования, заключающейся в невозможности описания структуры ценозов гауссовой математической статистикой, которая оперирует понятиями математического ожидания и дисперсии и требует для корректного описания оперирования с выборкой в целом, как бы велика она ни была. Сделать это можно, лишь построив видовые и ранговые распределения, теоретическая основа которых лежит в области негауссовой математической статистики устойчивых безгранично делимых распределений.
Максимальная неравномерность распределения ресурсов по элементам позволяет иметь наибольшее разнообразие технических изделий. Это позволяет добиваться максимальной функциональной гибкости при выполнении разнообразных задач в рамках техноценоза в условиях неожиданных изменений инфраструктуры. Равномерное распределение ресурсов по видам технических изделий создает наиболее благоприятные условия для функционирования обеспечивающих систем, которые ориентируются на виды техники. В этом случае дос 50 тигается наиболее рациональное использование технологического оборудования.
Структуры техноценозов математически описываются с помощью гиперболических ранговых Н-распределений, которые точно характеризуют состояние того или иного техноценоза, если его рассматривать системно как целостность на макроуровне. Теоретически - это область негауссовой (или ципфовой) математической статистики устойчивых безгранично делимых распределений. Большой вклад в это направление внесли отечественные ученые Гнеденко, Дё-блин, Яблонский [25].
Исходной посылкой для применения рангового анализа является признание существования таких объектов, в которых выборки теоретически не имеют математического ожидания, а дисперсия равна бесконечности (техноценозы не подчиняются закону больших чисел, в них не действуют центральные предельные теоремы). Для корректного математического описания структуры техноценоза не следует делать никаких усреднений. Необходимо оперировать выборкой в целом. Для этого строят ранговое распределение особей техноценоза по интересующему параметру. Под ранговым распределением понимается убывающая последовательность значений параметров, упорядоченная таким образом, что каждое последующее число меньше предыдущего, когда особи ставятся в соответствие с рангом (номер по порядку, ряд натуральных чисел, расположенных в порядке возрастания). Различают ранговые параметрические и ранговые видовые распределения. Применяются также видовые распределения, являющиеся обратным аналогом ранговых видовых (сверткой ранговых параметрических распределений).
Ранговый анализ включает следующие этапы [25]: выделение техноценоза; определение перечня видов; задание видообразующих параметров; параметрическое описание техноценоза; построение табулированного рангового распределения; построение графического рангового видового распределения; построение графических ранговых параметрических распределений; построение видового распределения; аппроксимацию распределений; оптимизацию техно-ценоза. Форму табулированного рангового параметрического распределения можно представить в виде таблицы, в которой на первой строчке - данные о самом малочисленном виде техники; на второй — данные о втором по численности виде и т.д.
Синтез имитационной модели
На основании представленных экспериментов при решении частных задач подтверждена работоспособность модели, влияние силы проявления важнейших факторов при оценке несинусоидальности режимов и другие закономерности. Теперь с большей уверенностью можно проводить реальные исследования, то есть рассматривать отклики системы на различные факторы. В качестве примера, ниже приведены результаты имитационного моделирования на тестовой информации.
При рассмотрении вопросов, связанных с влиянием состава оборудования предприятий на гармонический спектр параметров режима, мы ограничились вопросами несинусоидальных режимов. Предполагаем, что состав оборудования оказывает влияние и на другие ПКЭ: несимметрию по обратной последовательности, установившееся отклонение напряжения и др. Существует возможность расширения имитационной модели и за счет увеличения количества рассматриваемых групп ЭП, других входных факторов. 3.5 Адекватность имитационной модели
В рассматриваемых машинных имитационных экспериментах используются случайные числа, случайные переменные с целью отыскания некоторых усредненных характеристик модели. Как показано ранее, при достаточно большем числе повторений (итераций) результаты моделирования можно сделать сколь угодно точными. Проблема состоит в том, что эти точные результаты точны только в том случае, когда идентичны процессы, происходящие в модели и в реальной системе. Если же между этими процессами есть некоторое расхождение, то результатам моделирования присуща неточность, которую нельзя устранить увеличением числа повторений или применением различных методов статистического анализа.
Собственно строго об адекватности математических моделей следует говорить в основном только для аналитических моделей, хотя некоторые черты объяснительной функции присутствуют и в имитационном моделировании.
В соответствии с [110] проверка модели на адекватность представляет собой процесс, в ходе которого достигается приемлемый уровень уверенности пользователя в том, что любой вывод о поведении системы, сделанный на основе моделирования, будет правильным. Такого процесса, как «испытание» правильности имитационной модели, не существует. "Вместо этого экспериментатор в ходе разработки должен провести серию проверок, с тем, чтобы укрепить свое доверие к модели. Для этого могут быть использованы проверки трех видов. Применяя первую из них, мы можем убедиться, что модель верна, так сказать в первом приближении. Например, следует поставить такой вопрос: не будет ли модель давать абсурдные ответы, если ее параметры будут принимать предельные значения? Мы должны также убедиться в том, что результаты, которые мы получаем, по-видимому, имеют смысл.
Второй метод оценки адекватности модели состоит в проверке исходных предположений, и третий — в проверке преобразований информации от входа к выходу". Фишман и Кивиа [ПО] делят способы оценки имитационной модели на три категории: - верификацию, используя которую экспериментатор хочет убедиться, что модель ведет себя так, как было задумано. Например, не будет ли модель давать абсурдные значения, если ее параметры будут принимать предельные значения; - оценку адекватности - проверку соответствия между поведением модели и поведением реальной системы; - проблемный анализ - формулирование статистически значимых выводов на основе данных, полученных в результате компьютерного моделирования. Один прогон имитационной модели, в отличие от математических моделей, не значит ничего (с точки зрения общих выводов).
Согласно [70] адекватность модели — соответствие модели моделирующему объекту или процессу. Адекватность в какой-то мере условное понятие, так как полного соответствия модели реальному объекту (процессу) быть не может. При моделировании имеется в виду адекватность не вообще, а по тем свойствам модели, которые для исследования считаются существенными. Be 100 рификация модели — проверка ее истинности, адекватности. Верификация имитационной модели есть проверка соответствия ее поведения предположениям экспериментатора. Подбираются некоторые исходные данные, для которых могут быть предсказаны результаты просчета. Если окажется, что ЭВМ выдает данные, противоречащие тем, которые ожидались при формировании модели, значит, модель не верна. В обратном случае переходят к следующему этапу проверки ее работоспособности модели — ее валидации. Там же валидация модели - проверка соответствия данных, получаемых в процессе машинной имитации, реальному ходу явлений, для описания которого создана модель. Состоит в том, что выходные данные после расчета на ЭВМ сопоставляются с имеющимися статистическими сведениями о моделируемой системе.
Так как модель представляет собой приближенное описание процесса функционирования реальной системы, то до тех пор, пока не доказана достоверность модели, нельзя утверждать, что с ее помощью будут получены результаты, совпадающие с теми, которые могут быть получены при проведении натурного эксперимента с реальной системой. Поэтому определение достоверности модели можно считать наиболее важной проблемой при моделировании систем. От решения этой проблемы зависит степень доверия к результатам, полученным методом моделирования.
При имитационном моделировании, так же как и при любом другом методе анализа и синтеза системы, весьма существенен вопрос его эффективности. Эффективность имитационного моделирования может оцениваться рядом критериев, в том числе точностью и достоверностью результатов моделирования, временем построения и работы с моделью, затратами машинных ресурсов (времени и памяти), стоимостью разработки и эксплуатации модели. Очевидно, наилучшей оценкой эффективности является сравнение получаемых результатов с реальным исследованием, т. е. с моделированием на реальном объекте при проведении натурного эксперимента. Поскольку это не всегда удается сделать, статистический подход позволяет с определенной степенью точности при повторяемости машинного эксперимента получить какие-то усредненные харак 101 теристики поведения системы.
Обратимся к оценке адекватности рассматриваемой модели. Чтобы убедиться в первом приближении, что модель отражает реальные свойства исследуемого объекта, в качестве входных величин модели задавались реальные значения, в том числе и граничных точках; при этом на выходе имитационной модели наблюдались вероятностные оценки искомых величин, находящиеся в разумных, предполагаемых пределах.
На этапе экспериментирования на модели была сделана оценка необходимого числа итераций для достижения достаточной точности результатов моделирования.
Анализ чувствительности модели к изменению значений входных факторов позволил сделать вывод о степени влияния отдельных факторов на отклик выходной величины, о корректных значениях входных величин для достижения достоверности результатов моделирования. Если отклик модели сравнительно мало чувствителен к изменениям некоторых параметров в широких пределах, то нет необходимости заботиться об их точности. В то же время, если выход модели оказывается высокочувствительным по отношению к некоторым ее параметрам, то стоить получить более точные измерения и оценки этих параметров. Например, вероятностная оценка выходной величины — коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения - сильно чувствительна к изменению такого входного фактора, как мощность короткого замыкания в рассматриваемой точке электрической сети. Задание реального значения мощности короткого замыкания при всех прочих условиях позволит повысить достоверность полученных результатов. Таким образом, на достоверность, а следовательно, и адекватность имитационной модели оказывает влияние и степень соответствия входных факторов реальному поведению рассматриваемой системы. Рассмотрим адекватность имитационной модели в смысле соответствия результатов ее реализации с данными поведения реальной системы.
Оценка вклада в несинусоидальность напряжения отдельных групп оборудования, представленных своими долями
Имитационного моделирование степени влияния учитываемых факторов на искажение синусоидальности напряжения. Имитационная модель на базе метода статистических испытаний позволяет определять гармонический спектр напряжения. на шинах питания рассматриваемых электроприемников при вариации их состава, доли участия в суммарной нагрузке, вклад группы ЭП в коэффициент искажения синусоидальности напряжения, влияние внешней электрической сети в силу ее проводимости на режимы синусоидальности токов и напряжений в рассматриваемой точке; другие случайные влияющие факторы, заданные определенными законами распределения.
Имитационное моделирование осуществляется по разработанному алгоритму в среде MathCAD.
Принимаемые при моделировании допущения, учитываемые входные факторы модели рассмотрены в разделе 3.2. С использованием аппарата имитационного моделирования решаются задачи: а) Определение коэффициента искажения синусоидальности напряжения в узле питания при любых значениях учитываемых переменных. Рассматривае мая величина представляется в виде функции плотности распределения (рису нок 31) с вероятностными оценками. Для тестовой задачи (ввод № 1 ТП 3406) результат прогнозирования коэффициента искажения синусоидальности выгля дит в следующем виде: Ки = (1,60;6,20) %, М[Ки] = 3,9 % с р = 0,95. б) Определение вклада отдельных групп ЭП в искажение синусоидально сти напряжения. Решение такой задачи позволяет в относительных значениях определить степень влияния рассматриваемых групп ЭП на искажение сину соидальности напряжения, а следовательно, косвенно выделить наиболее иска жающие нагрузки, в том числе при вариации их состава. Практическая реализа ция рассматриваемого вопроса осуществляется двумя способами. В первом случае, степень влияния групп ЭП явно выражена аналитическими соотноше ниями (41)-(44) (рисунок 28). Во втором случае, степень влияния групп ЭП оп 114 ределяется по скорости нарастания коэффициента искажения синусоидальности напряжения при увеличении доли участия рассматриваемой группы в процессе прогонов программы (рисунок 27). Моделирование последним способом показало, что возмолсна ситуация, когда при увеличении доли участия некоторых групп ЭП в суммарной нагрузке grad(Ku) 0, то есть в силу увеличения собственной проводимости влияние на искажение синусоидальности напряжения снижается. в) Исследование влияния мощности к.з. SK 3, величины расчетной нагрузки на гармонический спектр питающего напряжения. Выполняется согласно разделам 3.4.2 и 3.4.3. Имитационное моделирование указанных вопросов позволяет оценить гармонический спектр напряжения при изменении параметров внешних электрических сетей (конфигурации сетей, дополнительные присоединения и т.п), а также при изменении величины нагрузки самого предприятия. Результаты имитационного моделирования позволяют выделить наиболее существенные факторы, влияющие на искажение синусоидальности напряжения, обосновать решения по улучшению КЭ, а также возможность подключения дополнительных ЭП.
Анализ результатов исследований и разработка мероприятий, связанных с улучшением качества электрической энергии по синусоидальности напряжения.
В результате анализа предприятия по предложенной методике последовательно по каждому пункту обозначаются проблемные места и пути их решения, которые на примере тестовой задачи можно свести к следующему: - снижение установленной мощности технологического оборудования (особенно асинхронного электропривода). Результаты рангового анализа, сопоставление значений установленной мощности оборудования и графика нагрузки по активной мощности свидетельствуют о том, что установленная мощность не соответствует реальным нагрузкам. Для обоснованного снижения ус 115 тановленной мощности оборудования необходимо исследовать графики нагру Щ зок непосредственно у самих ЭП; - увеличение коэффициента мощности в электрических сетях. Наличие мощного асинхронного электропривода бандажных станков, сварочного оборудования наплавки, других устройств и механизмов вызывает резкое снижение коэффициента мощности в режиме холостого хода. Как показывают экспериментальные исследования с участием автора снижение коэффициента мощности в электрических сетях, как правило, совпадает с увеличением коэффициен cos0 0J 4ф та искажения синусоидальности напряжения. На рисунке 35 представлено изменение коэффициента мощности по вводу № 1 ТП 3406 в течение рабочей смены. Кратковременные пики в почти получасовых провалах коэффициента мощности объясняются включением в это время мощных синхронных двигателей компрессоров с опережающим током. 1,0
Для улучшения показателей качества электрической энергии, связанных с искажением синусоидальности напряжения, необходимо выполнить: - снижение мощности искажающих нагрузок. Имитационное моделиро 116 вание позволяет определять вклад отдельных групп ЭП в искажение синусоидальности напряжения, то есть указать, какое электрооборудование в сложившейся ситуации оказывает наибольшее влияние. Снижение.мощности нагрузок возможно, если не будет нарушена технология производства работ; - при сохранении общего электропотребления осуществить исключение одновременной работы искажающих нагрузок (разнести во времени); - обоснованное увеличение доли неискажающих нагрузок; - в крайнем случае, рассмотреть возможность изменения конфигурации внешней электрической сети.
Выше представлены наиболее общие формулировки мероприятий, направленных на повышение эффективности использования технологического оборудования стационарных предприятий железнодорожных транспорта. Несомненно, что при использовании рассмотренного методологического подхода к анализу оборудования предприятий, в каждом конкретном случае будут свои нюансы.
