WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Настоящая диссертация посвящена разработке методики в рамках предпроектной части. При этом реальные измерения не использовались. В качестве имитации реальных измерений проведены расчеты по созданной модели электрической сети в специализированном программном комплексе Spice. Апробация этой программы проведена при выполнении многочисленных научно-исследовательских работ на кафедре ЭЭС МЭИ (ТУ) и для удобства расчеты по этой модели названы «эталонными», а сама модель далее упоминается как имитационная. Следует отметить, что существуют и другие программные продукты, которые можно использовать. При переходе к практике подобные программные продукты не требуются. Это одна из особенностей разработанной методики.

Исходные данные и допущения при разработке методики

В числе исходных данных находятся параметры линий электропередач, трансформаторов, электрических нагрузок.

Применяемые на практике СИ обладают погрешностями, существенно не превышающими допустимые по ГОСТ значения. В проведенных в диссертации расчетах нет необходимости учитывать погрешности СИ, так как при вычитании результатов расчета погрешности взаимно уничтожаются. При практических измерениях их следует добавлять к результатам расчета.

Метрологические характеристики измерительных трансформаторов тока и напряжения не учитываются, так как они не нормируются на высших гармониках тока.

В реальных условиях в электрической сети возможно возникновение резонансов токов и напряжений на частотах высших гармоник тока. Метод выявления таких узлов разработан на кафедре ЭЭС МЭИ (ТУ) и должен применяться до выбора числа и мест установки СИ для мониторинга КЭ. В таких узлах с целью контроля уровня гармоник тока и напряжения при резонансах установка приборов обязательна.

При разработке методики расчеты проводятся с использованием векторных величин напряжений и токов. Современные СИ позволяют измерить амплитуды и фазы напряжений и токов, необходимые для расчетов.

Разработка критериев выбора числа и мест установки средств измерений, ограничения, алгоритм выбора

Определение ПКЭ в узлах возможно с помощью расчета, который проводится по данным, полученным в имитационной модели. На практике такими данными должны быть результатам проведенных измерений.

Для определения напряжений во всех узлах предлагается использовать матрицы узловых проводимостей, требующие меньших преобразований по сравнению с матрицами узловых сопротивлений. Такие матрицы могут использоваться для расчета режима как на основной частоте, так и на высших гармониках, при несимметричных режимах, при провалах напряжения. Матрица узловых проводимостей составляется для каждой гармоники отдельно (рис.3, № 6) и при изменении схемы электрической сети также изменяется. Поэтому в диссертации проведены расчеты для наиболее сложного случая – режим электрической сети на высших гармониках.

Расчеты предлагается проводить с использованием следующего матричного уравнения:

, (1)

где ; ; ;

, n – количество узлов в исследуемой схеме.

Источники электромагнитных помех моделируются сосредоточенными в узлах источниками высших гармоник тока, которые удобней задавать при матричном анализе задающими токами. Расположение источников электромагнитных помех известно (рис. 3, № 2).

Определить искомые напряжения можно по уравнению (2) (рис.3, № 8), которое получено из (1):

(2)

Элементы матрицы полностью определяются известной схемой электрической сети. Как видно из (2) требуется обращение матрицы узловых проводимостей, что легко выполнимо с помощью специальных компьютерных программ.

Установка приборов не во всех узлах означает, что в матрицах и известны не все элементы.

Пусть в матрице l последних элементов измерены, а m первых элементов – нет; в матрице m последних элементов измерены, а l первых элементов нет. При этом общее число переменных (n) составляет m + l.

При решении (2) возможно три случая:

  1. Задающие токи в узлах m и l измерены, а напряжения в узлах m и l не измерены. Решение системы уравнений представляется весьма простым.
  2. Задающие токи в узлах m и l не измерены, а напряжения в узлах m и l измерены. Система уравнений также имеет решения и не требует обращения матрицы узловых проводимостей.
  3. Задающие токи в узлах m не измерены, напряжения в узлах l не измерены – это наиболее сложный для решения случай в связи с многочисленными операциями обращения матрицы.

Эти случаи зависят от исходных данных, полученных с помощью имитационной модели. Они же зависят от числа и мест установки приборов.

Электрические сети достаточно разветвленные и для компактного представления их следует представить в виде графа, узлы которого нумеруются, а ребрам задаются направления, соответствующие направлению потока активной мощности на основной частоте (рис.3, № 3, 5). Кроме того, представление схем в виде графа облегчает формирование системы уравнений (2). Фрагмент электрической сети и соответствующий ей граф представлен на рис.2. Следует отметить, схема электрической сети не эквивалентируется, что снижает трудоемкость решения поставленной задачи.

Ребро графа соответствует одному сопротивлению. Некоторые ребра графа имеют общий узел – N. Этот же узел является балансирующим и базисным. Шунты трансформаторов и автотрансформаторов, проводимости линий, нагрузка подстанций, отборы мощности от шин подстанций высокого напряжения имеют соединение с узлом N.

а)

б)

Рис. 2. Формирование графа: а) фрагмент исследуемой схемы, б) фрагмент графа.

Далее формируются две модели электрической сети: модель с использованием матриц (рис.3, № 6-8) и имитационная модель (рис.3, № 4, 9).

Модель с использованием матриц формируется по графу сети, путем составления матрицы узловых проводимостей, а также формирования матриц задающих токов и узловых напряжений.

Особую сложность при моделировании режима на n-ой гармонике представляют линии электропередач. В имитационной модели число П-образных ячеек увеличивается с увеличением порядка гармоники и длины линии. Для того чтобы уменьшить размерность матрицы узловых проводимостей, предлагается в модели с использованием матриц применить П-образную модель линии, параметры которой на n-ой гармонике рассчитываются через гиперболические функции. При таком представлении линия электропередачи – это одно звено. Граф сети остается прежним и не зависящим от порядка гармоники.

После того как сформирована модель с использованием матриц, формируется имитационная модель, используя составленную схему замещения электрической сети. Источники электромагнитных помех в имитационной модели представляются в качестве источников токов.

Проводится отладка двух моделей с помощью контрольных расчетов напряжений в узлах (рис.3, № 10). Отладка двух моделей проводится до тех пор, пока расхождения рассчитанных напряжений по двум моделям не превышают 5% (допустимая погрешность в инженерных расчетах).

Далее проводится расчет напряжений во всех узлах по модели сети с использованием матриц. При этом исходными данными являются расчеты задающих токов по имитационной модели, которые на практике измеряются (рис.3, 11-14).

На практике помимо одновременного измерения задающих токов и напряжений в узлах следует проводить измерения и в других контрольных точках, которые будут использоваться для проверки правильности выбора числа и мест установки средств измерений. Другими контрольными точками могут быть электрически ближайшие и удаленные шины подстанций от центров питания, а также шины крупных распределительных подстанций.

При выборе числа и мест установки СИ в любом из трех случаев предлагается пять ограничений, которые должны быть наложены на исследуемую схему электрической сети:

  1. Минимум затрат на систему мониторинга.
  2. Минимальное число СИ.
  3. Погрешности рассчитанных напряжений.
  4. Максимальное число установленных СИ, которое необходимо для расчета ПКЭ, численно равно половине узлов исследуемой схемы. Такое ограничение получено из предположения, что ко всем узлам сети подключены источники токов. При этом учитывается возможность одного прибора одновременно измерять напряжение в узле и ток в присоединении (задающий ток).
  5. Размерность района (блока) сети, в рамках которого проводится выбор числа и мест установки СИ для мониторинга КЭ.

Первое ограничение имеет более общий характер – затраты на систему мониторинга, включающие в себя: ежегодные издержки на обслуживание одного прибора, ежегодные издержки на передачу, обработку и анализ результатов измерения по всем приборам.

Остальные ограничения частные и с их помощью проводится выбор числа и мест установки средств измерений. Ограничения со второго по пятое являются критериями выбора числа и мест установки средств измерений для мониторинга КЭ.

Очевидно, что сначала необходимо выбрать размер района сети (рис.3, № 1), где планируется осуществить расстановку средств измерений. При выборе размера сети (размерности матрицы узловых проводимостей) предлагается руководствоваться численным критерием, который бы учитывал как количество узлов, так и количество СИ. Такой критерий можно представить как:

, (3)

Где – это общее количество узлов; – это количество задающих токов, которые необходимо измерить.

В соответствии с четвертым ограничением должно соблюдаться необходимое условие. Это значит, что чем больше коэффициент, тем большую область можно охватить меньшим количеством СИ. Таким образом, нижний предел составляет 2, а верхний. Из (3) следует, что минимальное число СИ следует проверять по условию:

, (4)

где – выбранное число СИ, с использованием первого критерия. Для этого критерия, по тем же причинам, должно соблюдаться условие.

Одновременное применение двух численных критериев возможно, если использовать следующую целевую функцию:

(5)

Проведя расчеты напряжений во всех узлах по двум моделям для различных режимов, рассчитываются относительные и абсолютные погрешности (рис.3, № 15). Рассчитанные погрешности сопоставляются с погрешностями измерений по ГОСТ 13109-97 (рис.3, № 16) – это следует рассматривать как практическую рекомендацию при реальных измерениях.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 допустимая абсолютная погрешность измерений () не должна превышать ±0,05% () при и допустимая относительная погрешности измерений () ±5% () при.

Ограничения по погрешностям расчетов запишем в виде:

– по абсолютным погрешностям в именованных единицах:

, (6)

– по относительным погрешностям в процентах:

, (7)

где, – коэффициенты n-ой гармонической составляющей напряжения, рассчитанные с помощью имитационной модели и с помощью модели с использованием матриц соответственно.

Разработанная методика в диссертации рекомендует следующее.

  1. Если рассчитанные погрешности укладываются в допустимые значения по ГОСТ 13109-97, то следует проверить возможность уменьшения числа приборов с помощью дробления графа сети на блоки (рис.3, № 17).
    1. Для этого формируется множество блоков по разработанным критериям (3), (4), (5). Для блоков в модель с использованием матриц вводятся данные по границам блоков: задающие токи и напряжения в одних и тех же узлах. Такие исходные данные рассчитаны по имитационной модели.
    2. Рассчитанные погрешности по (6) и (7) сопоставляют с допустимыми значениями. Если погрешности находятся в допустимых границах, то приборы устанавливаются в тех узлах блока, для которого целевая функция минимальна.
    3. Если погрешности выходят за допустимые границы, то число и места установки приборов соответствуют числу и местам расположения источников токов.
  2. Если рассчитанные погрешности не укладываются в допустимые значения по ГОСТ 13109-97, то следует проверить возможность уменьшения размерности блока сети и/или увеличения числа приборов (рис.3, № 18).
    1. Для этого формируются блоки сети, меньшие чем весь граф, рассчитываются разработанные критерии (3), (4), (5). Блок должен содержать те узлы, для которых погрешность не входит в допустимые границы.
    2. Из множества блоков выбирается один с наименьшей целевой функцией и допустимыми погрешностями. Приборы устанавливаются в границах выбранного блока.
    3. Если рассчитанные критерии для множества блоков не соответствуют условиям и, то приборы необходимо установить в тех узлах, в которых погрешность расчета выходит допустимые по ГОСТ 13109-97 значения.

Рис. 3. Алгоритм выбора числа и мест установки СИ для мониторинга КЭ.

Расстановка приборов по этому алгоритму позволяет оценить КЭ во всех точках схемы сети по данным мониторинга КЭ в определенных узлах.

Метод упрощенного расчета нормируемых ПКЭ в определенной области электрической сети

Для оценки напряжений в узлах при изменениях параметров искажающей нагрузки и без проведения новых измерений во всех выбранных контрольных точках предлагается применить коэффициенты связи по напряжению между узлами. Коэффициенты связи удобны при оценке значений напряжений в некоторых узлах, электрически удаленных от места измерения. При этом не требуется составление матрицы узловых проводимостей, которая может получиться громоздкой, малонаглядной.

Например, комплексный коэффициент связи для коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения предлагается рассчитывать по формуле:

, (8)

где – серия режимов, которые характеризуется различными параметрами источников тока, остальная часть схемы остается неизменной. Один из режимов называется базовым. Это такой режим, относительно которого получен коэффициент связи и относительно которого проводится расчет напряжений в узлах.

, – в точках i и j соответственно для рассматриваемого режима. Узел с индексом i называется базовым. За базовый узел принимается один из узлов, в котором установлен прибор для мониторинга КЭ.

Количество коэффициентов связи будет равно n-1, где n – это количество узлов исследуемой сети.

Для расчёта в режиме «р+1» следует использовать формулу:

, (9)

Аналогичные формулы применимы и к другим ПКЭ.

Pages:     | 1 || 3 |






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