WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Методы, основанные на законах Кирхгофа в форме I=0 и U=0, применимы для расчёта нелинейных цепей и мгновенных значений переменных i и u. Все методы и принципы, основанные для резистивных элементов на пропорциональности току (закон Ома), неприменимы к нелинейным цепям. Вместо закона Ома необходимо пользоваться нелинейной зависимостью I(U) или U(I), поэтому невозможно использовать принцип наложения и вытекающий из него принцип эквивалентного генератора.

Рисунок 1(а)

Рисунок 1 (б)

Рисунок 2

Схемы преобразования четырёхполюсников.

Схема каскадного соединения четырёхполюсников.

Электрическая цепь, содержащая нелинейные и линейные элементы, должна быть разделена на линейную и нелинейную части, для каждой из которых применяются свои методы и принципы расчёта. Для единого описания предлагается применить метод четырёхполюсников.

Положим, что в первой ветви mn активного четырёхполюсника рисунке 1(а), есть источник э.д.с. 1, во второй ветви pq – нагрузка ZH, а в остальных ветвях (3-p), находящихся внутри четырёхполюсника, имеются или могут иметься источники э.д.с. k. Тогда, заменив по теореме компенсации сопротивление ZH на источник э.д.с. 2 рисунке 1(б), запишем выражения для токов I1 и I1:

.

Предположим короткое замыкание одновременно на зажимах mn и pq. При этом по первой ветви протекает ток, а по второй. Заменим вместо, а вместо -. Кроме того, заменим 1 на и 2 на. Получим:

.

Последние два уравнения отличаются от двух предыдущих только тем, что в их левых частях находятся и вместо и соответственно. Отсюда следует, что все уравнения, получающиеся в результате их преобразований, справедливы и для активного четырёхполюсника. Заменим на и на. Так, в А-форме уравнений пассивного четырёхполюсника соответствует А-форма уравнений активного четырёхполюсника:

.

Можно считать, линия с распределёнными параметрами может быть заменена симметричным четырёхполюсником. Каскадное соединение двух четырёхполюсников (рисунке 2) определяется по формуле:

.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока можно определить, как отношение действующего значения тока первой гармоники (I01) к действующему значению сетевого тока (I0):. При кривая сетевого тока синусоидальна.

Таким образом, использование методов, основанных на использовании четырёхполюсников, позволяет в расчётах оперировать такими электрическими единицами, как блок или комплекс электроприёмников. При расчёте используются предварительно полученные данные о поведении исследуемых составляющих сети в зависимости от изменения входных параметров.

Для разработки методики прогнозирования уровней несинусоидальности тока требуется предварительный анализ несинусоидальности токов питающей сети и построение математической модели ЭПРА с нелинейными характеристиками при генерации токов высших гармоник в условиях снижения напряжения для существующих осветительных линий освещения.

В третьей главе «Разработка математической модели электрической сети с распределёнными параметрами с нелинейными нагрузками» произведено моделирование типовых четырёхполюсников для составляющих осветительной сети с линейными и нелинейными характеристиками. Разработана математическая модель расчёта ЭМО в области несинусоидальной формы кривой тока для групповой осветительной сети. Предложенный способ формирования математической модели позволяет перейти к моделированию режимов работы питающей сети.

В качестве среды для моделирования был выбран программный комплекс MathCad 13.0, позволяющей создавать собственные алгоритмы и функций, необходимые для расчёта индивидуальной задачи. Программирование производится путём использования операторов, аналогичных блок-схемам, что позволяет существенно сократить время расчёта, за счёт подбора или создания соответствующего алгоритма.

Моделирование осветительной сети осуществлялось на основе каскадного соединения двух типов четырёхполюсников (рисунок 3). Первый, изображённый на рисунке 3 (четырёхполюсник I), блок является схемой замещения передающей сети, второй (четырёхполюсник II) – блока ИС+ЭПРА. Использование параметров r0, g0, l0, 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.

Рисунок 3 - Представление блока сеть-светильник в виде двух составляющих

В таком случае возникает необходимость расчёта параметров A, B, C, D для частот всего исследуемого гармонического ряда. Значения каждой из переменных будет представлять собой одномерный массив, включающий по 40 значений. Матрица коэффициентов имеет вид:

где - номера гармоник.

Рисунок 4 - ЩНО ОС

В процессе моделирования формируется функция зависимости напряжения в начале цепи от напряжения в конце каскада четырёхполюсников U11= f(U2n). Процесс формирования функции происходит путём последовательного перечисления четырёхполюсников от конца каскада к его началу с добавлением соответствующих сопротивлений элементов в общую функцию.

В силу отсутствия в алгоритме численных значений, индивидуальных для источника света или проводника, данная методика может быть без преобразований применена не только для решения искомой задачи, а для ряда аналогичных задач.

Для дальнейшего решения необходимо решить обратную функцию и вычислить такое значение U2n при котором U11 будет равно известному напряжению сети UСЕТИ. Т.к. данная задача является требует решения уравнения, обратного сформированному, то при вычислении используются методы обратных итераций. Результатом является формирование столбцов векторов токов и напряжений на зажимах каждого блока ИС+ЭПРА.

Поскольку к каждой фазе, как правило, присоединено несколько отходящих линий (рисунок 4), то расчёт итогового искажения формы кривых тока на шине каждой из фаз осуществляется по формуле:

На основе математической модели разработан программный продукт «Rearx», исходными данными к которому являются: средняя горизонтальная освещённость покрытия дороги (категория улицы) и длина улицы, либо количество опор; удельные параметры применяемого проводника, количество часов использования ЭСНО в год и спектр гармонических составляющих тока питающей сети, а также такие паспортные характеристики ИС, как его тип, электрическую мощность и спектр гармонических составляющих тока.

На риснке 5 представлен лист «Вывода результирующих данных». Для используемого и предполагаемого к замене комплекта ИС+ЭПРА, программа позволяет рассчитать:

  • вектор и модуль напряжения в конце линии;
  • вектор и модуль тока в начале линии;
  • модуль тока в начале линии, рассчитываемый без учёта нелинейности;
  • расчётную величину дополнительных потерь мощности за счёт несинусоидальности тока для обоих вариантов;
  • количество киловатт-часов, потребляемых за год (позволяет оценить стоимость расходуемой электроэнергии);
  • процентное содержание тока первой гармоники от полного тока;
  • номиналы автомата защиты, выбранные с учётом нелинейности нагрузки и без.

Рисунок 5 - Вывод результирующих данных

Проведённое математическое и компьютерное моделирование позволяет проводить исследования по режимам работы исследуемой сети и осуществлять прогнозирование влияния различных изменений параметров групповой сети на функционирование сети в целом.

В четвёртой главе «Оптимизация параметров расчёта групповых линий при расчёте осветительных сетей с нелинейными элементами» приведены результаты экспериментальных исследований по определению дополнительных затрат электроэнергии на токи высших гармоник в действующих сетях наружного освещения г. Орехово-Зуево Московской области. В результате проведённых исследований на примере ООО «Орехово-Зуевская электросеть» выявлены уровни искажения синусоидальности тока от используемых ИС и дополнительные потери электроэнергии, возникающие вследствие несинусоидальности тока.

Рисунок 6 - Расчётные кривые результирующих токи и мощности в ЩНО (ось абсцисс время, с; левая ось ординат значение тока, А; правая ось ординат значения мощности, Вт).

Корректность предложенных формул подтверждается путём сравнения результатов расчёта с практическими данными, полученными на ООО «Орехово-Зуевская электросеть» для шести ЩНО, получающих питание от шести различных ТП. Учёт электроэнергии на сборке ЩНО осуществлялся приборами учёта электроэнергии типа СЭТ 4 - 1/2 М, измеряющим полную мощность, потребляемую групповой линией, класс точности 1,0. Расчёт производился для трёхфазной осветительной линии, имеющей по 20 ИС в каждой фазе. При расчёте с учётом нелинейности нагрузки допущение о нулевом сдвиге фаз высших гармоник, как наиболее тяжёлый вариант для сетей и электрооборудования. Разница в результатах расчёта составляет 4,5%, против 12,3%, получаемых при расчёте без учёта нелинейности нагрузки, для ИС типа ДНаТ-100, и 4,1% и 10,4% соответственно – для ДРЛ-150.

На рисунке 6. представлены графики мгновенного и действующего значения тока, протекающего через аппарат защиты, и кривая мощности для осветительной сети, укомплектованной ДНаТ-100: результирующий ток (жирная кривая), действующее значение тока (горизонтальная прямая) и мгновенное значение потребляемой мощности (пунктирная кривая).

Дополнительные потери электроэнергии на высшие гармоники тока для наиболее модернизированных ИС типа ДРЛ-150 превышают данные расчёта ЭСНО, проведённые без учёта нелинейности нагрузки, на 0,3%; для ДНаТ-100 – на 8,5%.

Рисунок 7 - Расчёт для ЭСНО, укомплектованной ИС типа ДРЛ-150

На рисунке 7 приведёна зависимость напряжения (левая шкала ординат) в конце линии от номера светильника (жирная убывающая линия). Напряжение зажигания для современной ДРЛ-150 составляет 180 В (горизонтальный мелкий штрих). Точка их пересечения (вертикальный мелкий штрих) - это теоретическое максимальное количество светильников в группе, которое для данного случая составляет 36 ед. для ДРЛ-150, 31 ед. – для ДНаТ-100 и более 40 ед. для светодиодного светильника. Вертикальными сплошными линиями показаны номиналы автоматов защиты для соответствующего количества источников света.

Жирным пунктиром показаны процентные значения коэффициента запаса, используемого при выборе номинала вводного аппарата защиты ЩНО относительно расчётного тока, полученного без учёта нелинейности нагрузки (правая шкала ординат). В своей минимальной точке он равен единице (или 100%). Т.е. это тот случай, когда действует прямой расчёт. Примечательно, что для разрядных источников света этот случай соответствует 20 источникам света в группе, что подтверждает требования ПУЭ. В остальных случаях для достижения необходимой точности необходимо пользоваться увеличивающим коэффициентом, учитывающим наличие высших гармоник тока.

Рисунок 8 - Расчёт для ЭСНО, укомплектованной ИС типа LZ-70

В отличие от разрядных ИС, светодиодные имеют минимальное значение рабочего напряжения в 150 В. Результаты расчёта для рассматриваемой модели-аналога ДНаТ-100, потребляющей 70 Вт (производитель ProSoft) приведены на рисунке 8.

В отсутствие других предписаний и исходя из моделирования, не зависит от количества ИС в групповой линии, а количество ИС в группе определяется исходя из падении напряжения в моделируемой сети и напряжением зажигания используемой модели СДС. Вместе с тем, дополнительные потери электроэнергии на высшие гармоники тока для исследуемого СДС составляют 13,3%.

Таким образом, расчёт мощности, потребляемой линией, укомплектованной светодиодными светильниками, должен производиться по формуле

,

где - коэффициент энергосбережения по несинусоидальности, вычисленный для рассматриваемого комплекта ИС+ЭПРА. Тогда в действительности сеть, состоящая из 20 СДС типа LZ-70 потребляет мощность, равную:

=70*20*1,133=1’586.2 Вт

вместо 72*20=1’400 Вт, полученных по обычному расчёту.

Коэффициент в этом случае имеет характер повысительного. Использование его в практике проектирования необходимо для наиболее точного выбора номинала аппарата защиты групповой линии и расчёта потребляемой электроэнергии для расчёта аналогичных сетей.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»