Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Повышение качества электроэнергии (КЭ) вообще и качества напряжения в частности продолжает оставаться в наши дни одной из важнейших задач электроэнергетического хозяйства. Решение указанной проблемы в условиях эксплуатации электросетей несет за собой значительные материальные расходы. Избежать этого можно, если на этапе проектирования проводить предварительный прогноз основных показателей качества электроэнергии (ПКЭ), для оценки которых в настоящее время обычно используют детерминированные подходы. Вероятностный характер процесса изменения напряжения делает целесообразным применение средств статистического моделирования, позволяющих избежать сложных расчетов и легко реализуемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).
Статистические методы анализа получили в системах электроснабжения наибольшее распространение при расчетах нагрузок, режимов, надежности электрических сетей и недостаточно представлены для контроля случайных резкопеременных показателей качества электроэнергии. Большинство известных способов имитации случайных изменений напряжения в электрических сетях связано с построением процесса-модели, охватывающей только статистические или только динамические свойства процесса-оригинала. Модели, отвечающие более широким требованиям, отличаются достаточной сложностью либо на этапе сбора и подготовки исходной информации, либо на этапе реализации. Необходимы новые методы моделирования, обеспечивающие оптимальное сочетание степени сложности и меры адекватности выбранной модели изучаемой действительности.
Связь работы с крупными научными програлшами, темами. Работа выполнялась в рамках научно-технической региональной программы "Дон" (Развитие народного хозяйства Ростовской области вузовской наукой на 1997-2000 гг.) и з соответствии с разделом "Системы математического моделирования" перечня № 2728п-П8 в области критических технологий федерального уровня, разделом "Теория вероятностей и математическая статистика" перечня № 2727п-П8 в области приоритетных направлений фундаментальных исследований, утвержденных Правительственной комиссией по научно-технической политике 21 июля 1996 г.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение точности и экономичности статистического моделирования реализаций случайного процесса изменения напряжения при прогнозировании вероятностных характеристик резкопеременных ПКЭ. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
разработки метода моделирования псевдослучайных равномерно распределенных чисел;
разработки датчиков равномерно распределенных псевдослучайных чисел;
разработки метода статистического моделирования реализаций случайного процесса изменений напряжения;
разработки анализатора двумерной функции распределения уровня и производной напряжения;
разработки имитатора случайных изменений постоянного напряжения;
разработки имитатора случайных изменений переменного напряжения;
разработки программных средств по сбору предварительной информации и реализации предлагаемых методов.
разработки методики оценивания допустимости колебаний напряжения проектируемого участка электросети.
Объект и предмет исследования. Объектом и предметом проведенного исследования являются соответственно случайный резкопеременный процесс изменения напряжения в электрических сетях и его статистическая модель -двумерный закон распределения ординат и производной напряжения.
Гипотеза. В качестве научной предпосылки была принята гипотеза о статистической тождественности распределения выборок, полученных при моделировании и при проведении натурных испытаний. В результате выполненных исследований это предположение подтвердилось.
Методология и методы проведенного исследования. Использованная в работе методология основывается на применении математического аппарата теории вероятностей и математической статистики. В рамках этой методологии автором разработан метод формирования реализаций стационарных случайных процессов.
Научная новизна полученных результатов. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:
предложен метод формирования псевдослучайных двоичных чисел с равномерным распределением, применяющий операцию сложения по модулю 2 с целью повышения качества получаемых чисел (равновероятность и некоррелированность);
разработаны датчики равномерно распределенных псевдослучайных чисел, отвечающие требованиям устойчивости качества генерируемых чисел и быстродействия предложенных схем;
предложен метод статистического моделирования стационарного случайного процесса, позволяющий повысить точность воспроизведения функций
>аспределения не только ординат, как это предлагают традиционные методы, ю и локальных размахов, а также производных;
разработан статистический анализатор уровня и производной напряжения (АУПН), позволяющий реализовать предложенный в диссертации іетод;
разработаны имитаторы случайных изменений постоянного и нерешенного напряжения, непосредственно реализующие предложенный метод статистического моделирования;
построена на ЭВМ имитационная модель стационарных случайных [роцессов, учитывающая статистические и динамические свойства процесса-іригинала и позволяющая создавать библиотеки (базы данных) типичных лучайных процессов в электрических сетях.
разработана методика оценки допустимости колебаний напряжения [роектируемой системы электроснабжения, отличающаяся от действующей ме-одики применением имитационного моделирования случайных процессов, начительным сокращением время анализа и повышением точности прогнози-ования вероятностных характеристик резкопеременных изменений напря-сения.
Практическая значимость полученных результатов. Прикладными ис-педованиями, базирующимися на полученных в данной диссертационной ра-оте результатах, являются:
анализ влияния колебаний, выбросов и провалов напряжения на рабо-у отдельных приемников на основе использования автоматизированных смеем научных исследований (АСНИ) электроэнергетических объектов (ЭЭО);
обеспечение метрологической поверки статистических анализаторов ачества электроэнергии, в особенности предназначенных для контроля слу-айных резкопеременных показателей;
решение ряда проектных и научно-исследовательских задач в системах некгрсснабжеііия (СЭС) ка базе применения систем автоматизированного роектирования (САПР).
Результаты диссертации внедрены в проектную практику Ростовским илиалом ОАО ВНИПИ "Тяжпромэлекгропроект", а также используются в гебном процессе для подготовки студентов Южно-российского государст-яптого технического университета энергетического факультета по специаль-ости "Электроснабжение промышленных предприятий и городов" в рамках асциплины "Вероятностно-статистические методы в электроэнергетике ".
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
метод моделирования псевдослучайных равномерно распределенных теел;
датчики равномерно распределенных псевдослучайных чисел;
метод статистического моделирования реализаций случайных изменений напряжения по его двумерной функции распределения (ДФР) уровня и производной;
анализатор двумерной функции распределения уровня и производной напряжения;
имитатор случайных изменений постоянного напряжения;
имитатор случайных изменений переменного напряжения;
программный пакет по сбору предварительной информации и реализации предлагаемых методов;
методика оценки допустимости колебаний напряжения проектируемого участка электросети.
Личный вклад соискателя. Основные научные и практические результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, разработаны и получены лично соискателем или при его непосредственном участии.
Апробация результатов диссертации. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы докладывались автором на Республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования в энергетике и электронике" (г. Иваново, ИЭИ, 1991 г.), на XVII и XIX сессиях семинара АН России "Кибернетика электрических систем" по тематике . "Электроснабжение промышленных предприятий" (г. Новочеркасск, 1995 и , 1997 гг.).
Публикации. За 1991-2000 гг. по теме диссертации автором опубликовано 8 научных статей и получено 5 патентов на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, основной части в пяти главах, заключения, списка использованных источников, приложений. Ее содержание изложено на 140 страницах, проиллюстрировано 25 рисунками и 1 таблицей.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий и городов" ЮРГТУ Каждану А.Э. за консультации и помощь при подготовке диссертационной работы.