🔍 Поиск готовых работ

🔍 Поиск работ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СЕТЯХ 0,4 кВ

Работа №18993

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

информационные системы

Объем работы67
Год сдачи2017
Стоимость4900 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
925
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 3
1 Контроль качества электроэнергии 6
1.1 Виды контроля качества электрической энергии 7
1.2 Выбор пунктов контроля качества электрической энергии 8
1.3 Длительность контроля качества электрической энергии 10
1.4 Требования к архитектуре информационно-измерительной системе
контроля качества электроэнергии 11
1.5 Обзор регистраторов показателей качества электрической энергии .... 11
1.6 Обзор специализированных форматов данных 20
2 Информационно-измерительная система мониторинга качества
электрической энергии 29
2.1 Архитектура распределенной информационно-измерительной системы
для мониторинга качества электроэнергии 29
3. Анализ качества электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях офисных потребителей 37
3.1 Учебно-лабораторный корпус университета 37
3.2 Офисный центр 44
Заключение 56
Список сокращений 59
Список используемых источников 60


Значительное ухудшение качества электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях низкого напряжения, которое наблюдается в последние годы, вызвано изменением характера электрических нагрузок офисных, коммерческих и бытовых потребителей. Основную долю нагрузок таких потребителей составляют энергосберегающие системы освещения, офисная и компьютерная техника, частотно-регулируемые электроприводы [1-3]. Особенность таких нагрузок заключается в том, что они, как правило, однофазные и имеют небольшую мощность.
Массовое применение нелинейных однофазных нагрузок в сетях крупных коммерческих и офисных потребителей приводит к значительному ухудшению качества электроэнергии. Наблюдаются значительные искажения формы токов. В ряде случаев коэффициент искажения синусоидальной формы кривой тока может превышать 40% [34].
Особенность однофазных нелинейных нагрузок заключается в том, что в спектре тока преобладает составляющая с частотой третьей гармоники. Гармоники, кратные 3, в трехфазных четырехпроводных сетях образуют систему нулевой последовательности и суммируются в нейтральных проводниках. Это приводит к увеличению потерь, ускоренному старению изоляции и вызванному этим сокращению срока службы электрооборудования, а в ряде случаев - к авариям, вызванным повреждением нейтрального провода [12]. Увеличение падения напряжения между нейтральной точкой и землей приводит к сбоям в работе чувствительного электронного оборудования. Высокий уровень гармоник в спектре токов оказывает отрицательное влияние на оборудование системы электроснабжения. Большие уровни токов третьей гармонической составляющей вызывают дополнительный нагрев обмоток трансформаторов.
Серьезная проблема трехфазных сетей низкого напряжения заключается в том, что неравномерное включение однофазных нагрузок может вызвать значительную несимметрию токов и напряжений сети. Это приводит к дополнительному увеличению тока нейтрального проводника.
Таким образом, изменение характера электрических нагрузок в трехфазных четырехпроводных сетях коммунальных и офисных потребителей является причиной значительного ухудшения качества электроэнергии. Увеличиваются капитальные вложения и эксплуатационные расходы, связанные с преждевременной заменой оборудования и необходимостью проводить организационные и технические мероприятия по улучшению качества электроэнергии и надежности электроснабжения.
Технические мероприятия по повышению качества электроэнергии включают схемные решения (выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, использование многофазных систем выпрямления и т. п.), а также установку компенсирующих устройств, обеспечивающих регулирование одного или нескольких показателей качества электроэнергии.
Для снижения отрицательного влияния ухудшения качества электроэнергии в распределительных сетях используются специальные компенсирующие устройства - пассивные и активные силовые фильтры гармоник.
Целью работы является разработка информационно-измерительной системы для мониторинга качества электроэнергии в сетях 0,4 кВ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
- сравнительный анализ архитектур распределенных информационно-измерительных систем (ИИС);
- анализ специализированных форматов данных;
- разработка архитектуры и формирование распределенной ИИС контроля качества электрической энергии;
- анализ качества электрической энергии в учебных зданиях СФУ;
- разработка лабораторного практикума с удаленным доступом.
Практическая ценность работы. Проведенные исследования позволяют проектировать и реализовывать распределенные ИИС, обеспечивающие контроль качества электрической энергии в сетях коммерческих и офисных потребителей 0,4 кВ и выше.
Реализация результатов работы. В результате работы разработана информационно-измерительная система контроля качества электроэнергии. Проведены замеры и проанализировано качество электроэнергии в электросетях учебного корпуса СФУ и офисного центра. Разработана первая очередь лабораторного практикума, представленного на кафедре СААУП.
Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, три главы основного текста, заключение, список сокращений, список используемых источников из 46 наименований. Общий объем диссертации содержит 63 страниц текстового документа, 40 рисунков, 6 таблиц.
В первой главе рассмотрены задачи и методики контроля качества электрической энергии.Показаны рекомендуемые нормативной документацией основы построения архитектуры систем контроля качества электроэнергии и основные принципы выбора пунктов контроля качества.
Вторая глава посвящена разработке архитектуры информационно¬измерительной системы контроля качества электроэнергии. Представлен сравнительный обзор форматов данных, приборов контроля качества электроэнергии.
Третья глава содержит результаты замеров качества электроэнергии в сетях потребителей 0,4 кВ учебного корпуса СФУ и офисного центра. Произведена оценка показателей качества электроэнергии на предмет соответствия установленным нормам.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

На основе проведенных исследований решена актуальная проблема разработки информационно-измерительной системы для мониторинга качества электроэнергии в сетях 0,4 кВ.
В процессе исследования получены следующие результаты:
- проведен сравнительный анализ архитектур распределенных информационно-измерительных систем (ИИС);
- проведен анализ специализированных форматов данных;
- разработана архитектура и сформирована распределенная ИИС контроля качества электрической энергии;
- проведен анализ качества электрической энергии в учебных зданиях СФУ, а также в офисном центре;
- разработана 1 очередь лабораторного практикума с удаленным доступом.
Результаты проведенных исследований показывают, что проблема обеспечения качества электроэнергии весьма актуальна для распределительных сетей крупных городов. Это подтверждают и исследования других авторов [3, 11, 12]. В сетях крупных коммерческих и офисных потребителей наблюдаются значительные искажения формы кривых токов. В ряде случаев коэффициент гармонических составляющих тока превышает 30%. Измерения проводились на кабельных вводах и в некоторых случаях, на отдельных присоединениях. Коэффициент искажения синусоидальной формы кривой токов может превышать 100% [7, 8]. В этом случае потери электроэнергии во внутренних сетях зданий увеличиваются в 2 - 2.5 раза по сравнению с синусоидальным режимом.
Серьезную проблему представляют токи третьей гармоники, суммирующиеся в нейтральных проводниках. Это приводит к увеличению потерь и в ряде случаев - к авариям, вызванным перегоранием нейтрального провода. Кроме того, большие уровни токов третьей гармоники вызывают дополнительный нагрев обмоток трансформаторов и могут вызвать повреждение их изоляции.
Российский стандарт [19] устанавливает допустимые значения коэффициента гармонических составляющих напряжения.Однако допустимые значения суммарного коэффициента гармонических составляющих тока не нормирует [19].
Для того чтобы оценить, насколько велик уровень искажения токов, обратимся к международным стандартам. В электротехнической практике часто используются стандарты [34, 35]. Эти стандарты определяют максимальные значения токов нечетных гармоник в процентах от тока нагрузки. В соответствии со стандартом [33], максимальное значение коэффициента искажения синусоидальности кривой тока зависит от отношения тока короткого замыкания сети в точке общего присоединения к току нагрузки. В случае мощной сети (100 < Isc / IL< 1000) максимальное значение коэффициента искажения синусоидальности кривой тока не должно превышать 15%. Токи гармоник с порядковыми номерами n <11 должны быть меньше 12% от тока нагрузки IL. Результаты проведенных измерений показывают, что в большинстве случаев суммарного коэффициента, гармонических составляющих тока [21] превышает допустимые значения, определяемые международными стандартами.
Электрические сети офисных зданий, построенных в 60 - 90 годы, рассчитаны на относительно небольшие нагрузки. Широкое использование современного офисного оборудования может привести к их перегрузке. Замена кабелей в таких зданиях может потребовать значительных капитальных затрат. Следует учитывать и режим использования офисного оборудования. Как правило, персональные компьютеры включены в течение всего рабочего дня, а часть устройств (например, серверы) работает круглосуточно.
Очевидно, что широкое использование энергосберегающих устройств, имеющих нелинейные характеристики, может приводить к увеличению гармонических искажений токов и напряжений. Поэтому мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности должны предусматривать меры, направленные на поддержание качества электроэнергии и надежности электроснабжения.



1 Аррилага, Дж. Гармоники в электрических системах / Дж. Аррилага, Д. Брэдли, П. Боджер; пер. с англ. - Москва : Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.
2 Атабеков, Г. И. Основы теории цепей: учебник. 2-е изд. / Г. И. Атабеков. - Санкт-Петербург : Издательство «Лань», 2006. - 432 с.
3 Боярская, Н. П. Проблемы компенсации высших гармоник в распределительных сетях агропромышленного комплекса / Н. П. Боярская,
В. П. Довгун, Я. А. Кунге; Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2012. - 138 с.
4 Вагин, Г.Я. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике / Г. Я. Вагин, А. Б. Лоскутов, А. А. Севостьянов. - Нижний Новгород: НГТУ, 2004. - 214 с.
5 Вагин, Г. Я. К вопросу о выборе нулевых проводников в городских электрических сетях. / Г. Я. Вагин, А. А. Севостьянов, Е. Б. Солнцев, П. В. Терентьев. // Промышленная энергетика. - 2014. - № 2. - с. 22-25.
6 Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике./
А. Ф. Дьяков, Б. К. Максимов, Р. К. Борисов [и др.] ; под редакцией А. Ф. Дьякова. - Москва: Энергоатомиздат, 2003. - 768 с.
7 Жежеленко, И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. - 4-е изд. / И. В. Жежеленко. - Москва: Энергоатомиздат, 1994.
8 Железко, Ю. С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов / Ю. С. Железко. - Москва: ЭНАС, 2009. - 456 с.
9 Куско, А. Качество энергии в электрических сетях / А. Куско, М. Томпсон; пер. с англ. - Москва: Додэка-XXI, 2008. - 336 с.
10 Марпл.-мл., С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С. Л. Марпл.-мл.; пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 584 с., ил.
11 Темербаев, С. А. Анализ качества электроэнергии в городских распределительных сетях 0,4 кВ. / С. А. Темербаев, Н. П. Боярская,
В. П. Довгун. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия техника и технологии. 2013, № 1, с. 107-120.
12 Тульский, В. Н. Влияние высших гармоник тока на режимы работы кабелей распределительной сети 380 В. / В. Н. Тульский, И. И. Карташев [и др.] // Промышленная энергетика, № 5, 2013, с. 39-44.
13 Управление качеством электроэнергии / И. И. Карташев, В. Н. Тульский, Р.Г. Шамонов [и др.]; под ред. Ю. В. Шарова. - Москва: Издательский дом МЭИ, 2006. - 320 с.
14 Шидловский, А. К., Жаркий А. Ф. Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях / А. К. Шидловский, А. Ф. Жаркий. - Киев, «Наукова думка», 2006, 210 с.
15 ГОСТ Р 51318.14.1-2006 (СИСПР 14-1:2005) Совместимость технических средств электромагнитная. Бытовые приборы, электрические инструменты и аналогичные устройства. Радиопомехи индустриальные. Нормы и методы измерений. - Введ. 2007 - Москва : Стандартинформ, 2007. - 90 с.
16 ГОСТ 23875-88 Качество электрической энергии. Термины и определения. - Введ. 1989 - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2005. - 16 с.
17 ГОСТ 30804.4.7-2013 Совместимость технических средств
электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. - Введ. 2014 - Москва : Стандартинформ, 2014. - 41 с.
18 ГОСТ 30804.4.30-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии. - Введ. 2014 - Москва : Стандартинформ, 2014. - 68 с.
19 ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. 2014 - Москва : Стандартинформ, 2014. - 19 с.
20 ГОСТ 33073-2014 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. 2015 - Москва : Стандартинформ, 2015. - 52 с.
21 ГОСТ 30804.3.2-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний. - Введ. 2013 - Москва : Стандартинформ,2014. - 43 с.
22 РД 153-34.0-15.501-00 Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 1. Контроль качества электрической энергии. - Введ. 2001 - Москва : Научный центр ЛИНВИТ, 2001. - 44 с.
23 РД 153-34.0-15.502-2002 Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 2. Анализ качества электрической энергии. - Введ. 2002 - Москва : Научный центр ЛИНВИТ, 2002. - 32 с.
24 СТО 4.2 07 2014. Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной деятельности. - Взамен СТО 4.2 07 2012; дата введ. 30.12.2013. - Красноярск, 2013. - 60с.
25 Akagi, H. Active harmonic filters / H. Akagi. // Proceedings of the IEEE. Vol. 93, 2005, No. 12, pp. 2128-2141.
26 Bagheri, P., A Distributed Filtering Scheme to Mitigate Harmonics in Residential Distribution Systems / P. Bagheri, W. Xu, T. Ding. // IEEE transactions on Power Delivery, vol. 31, No. 2, 2016, pp. 648 - 656.
27 Davis, E. J. Harmonic pollution metering: theoretical considerations / E. J. Davis, A. E. Emanuel, D. J. Pileggi. // IEEE Trans. Power Del., vol. 15, no. 1, pp. 19-23, Jan. 2000.
28 De Lima Tostes, M. Impacts over distribution grid from the adoption of distributed harmonic filters on low-voltage customers. / M. De Lima Tostes, U. Bezerra, R. Silva. // IEEE transactions on power delivery, vol. 20, No. 1, 2005, pp. 384 - 389.
29 Dugan, R. Electrical power systems quality / R. Dugan, M. McGranaghan. // McGraw-Hill, 2002.
30 Gruzs, T. A survey of neutral currents in three-phase computer power systems. / T. A Gruzs. // IEEE trans. on industry applications. 1990, Vol. IA-26, No. 4, pp. 719-725.
31 Hu, C-H. Survey of harmonic voltage and current at distribution substation in northern Taiwan / C-H. Hu, C-J. Wu, Y-W. Chen. // IEEE trans. on Power Delivery, Vol. 12, No. 3, 1997, pp. 1275-1281.
32 IEEE Std. 1459-2010. IEEE standard definitions for the measurement of electric power quantities under sinusoidal, nonsinusoidal, balanced, or unbalanced conditions.
33 IEEE Std. P 1159.3. Recommended Practice for the Transfer of Power Quality Data. - 2003.
34 IEEE Std. 519-1992. IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems. - 2014.
35 EN 50160. Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks. - 2015.
36 Karimi, H. An adaptive filter for synchronous extraction of harmonics and distortions / H. Karimi, M. Karimi-Ghartemani, M. Iravani // IEEE transactions on power delivery, Vol. 18, No. 4, 2003, pp. 1350-1355.
37 Khadkikar, V. Enhancing power quality using UPQC: a comprehensive overview. / V. Khadkikar // IEEE transactions on Power Electronics, Vol. 27, No. 5, 2012, pp. 2284- 2297.
38 Key, T. Analysis of harmonic mitigation methods for building wiring systems / T. Key, J-S. Lai // IEEE trans. on Power Systems., Vol. 13, 1998, No. 3, pp. 890-897.
39 Koval, D. Power quality characteristics of computer loads / D. Koval, , C. Carter. // IEEE trans. on industry applications, Vol. 33, No. 3, 1997, pp. 613-621.
40 Lai, J.-S. Effectiveness of harmonic mitigation equipment for commercial office buildings / J.-S. Lai, T. Key. // IEEE trans. on Industry Applications, 1997, Vol. 33, No. 4, pp. 1104-1110.
41 Liew, A-C. Excessive neutral currents in three-phase fluorescent lighting circuits. / A-C. Liew. // IEEE trans. on Industry applications. 1989, Vol. IA-25, No. 4, pp. 776-782.
42 McBee, K. D Evaluating the Long-Term Impact of a Continuously Increasing Harmonic Demand on Feeder-Level Voltage Distortion / K. D. McBee, M. G. Simoes. // IEEE trans. on Industry Applications, 2014, Vol. 50, No. 3, pp. 2142-2149.
43 Piel, J. Experimental Measurements of Energy Consumption Changes in a Wye Distribution System Serving Multiple Computer Loads as Various Harmonic Solutions are Applied. / J. Piel, M. Lowenstein. // Proceedings of IEEE 11th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQPS). September 12-15 2004, pp. 294-298.
44 Pomilio, J. Characterization and compensation of harmonics and reactive power of residential and commercial loads. / J. Pomilio, S. Deckmann. // IEEE transactions on Power Delivery, vol. 222, No. 2, 2007, pp. 1049-1055.
45 Rodrigues, P. Current harmonic cancellation in three-phase four-wire systems by using a four-branch star filtering topology. / P. Rodrigues, I. Candela, A. Luna, [etc] // IEEE trans. on Power Electronics, Vol. 24, No. 8, 2009, pp. 1939-1950.
46 Watson, N. Implication for distribution networks of high penetration of compact fluorescent lamps. / N. Watson, T. Scott, J. Hirsch. // IEEE transactions on Power Delivery, Vol. 24, No. 3, 2009, pp. 1521-15281.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.