Помощь студентам в учебе
Информационно-справочная система проектировщика фильтрокомпенсирующих устройств
|
Введение 3
1 Проблемы обеспечения качества электроэнергии в системах
7
электроснабжения
1.1 Влияние качества электроэнергии на системы электроснабжения... 7
1.2 Классификация фильтрокомпенсирующих устройств 13
1.3 Сравнительный анализ методов расчета параметров
фильтрокомпенсирующих устройств 14
1.4 Выводы к первой главе 16
2 Проектирование пассивных фильтрокомпенсирующих устройств 18
2.1 Синтез узкополосных фильтров гармоник 18
2.2 Синтез широкополосных фильтров гармоник 26
2.3 Оптимизация характеристик пассивного фильтра 28
2.4 Выводы ко второй главе 31
3 Реализация программного обеспечения для автоматизированного
32
проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств...
3.1 Выбор программных средств для реализации программного
32
обеспечения
3.2 Описание алгоритма работы программы 35
3.3 Пример расчета пассивного фильтра гармоник 43
3.4 Выводы к третьей главе 52
Заключение 53
Список сокращений 54
Список использованных источников 55
Приложение
1 Проблемы обеспечения качества электроэнергии в системах
7
электроснабжения
1.1 Влияние качества электроэнергии на системы электроснабжения... 7
1.2 Классификация фильтрокомпенсирующих устройств 13
1.3 Сравнительный анализ методов расчета параметров
фильтрокомпенсирующих устройств 14
1.4 Выводы к первой главе 16
2 Проектирование пассивных фильтрокомпенсирующих устройств 18
2.1 Синтез узкополосных фильтров гармоник 18
2.2 Синтез широкополосных фильтров гармоник 26
2.3 Оптимизация характеристик пассивного фильтра 28
2.4 Выводы ко второй главе 31
3 Реализация программного обеспечения для автоматизированного
32
проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств...
3.1 Выбор программных средств для реализации программного
32
обеспечения
3.2 Описание алгоритма работы программы 35
3.3 Пример расчета пассивного фильтра гармоник 43
3.4 Выводы к третьей главе 52
Заключение 53
Список сокращений 54
Список использованных источников 55
Приложение
Актуальность: ухудшение качества электрической энергии,
спровоцированное ростом уровня высших гармоник, в последние годы становится все более серьезной проблемой для распределительных сетей. Главными причинами и источниками этой проблемы являются электроустановки с нелинейной вольтамперной характеристикой, в числе которых есть многие современные энергосберегающие устройства. Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 18.07.2011) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» стимулирует потребителей к применению энергосберегающих технологий и устройств, поэтому в недалеком будущем можно с уверенностью прогнозировать усугубление такой проблемы, как проблема качества электроэнергии. Основным фактором ухудшения качества электроэнергии традиционно были нелинейные и резкопеременные нагрузки крупных металлургических предприятий, системы тягового электроснабжения железной дороги. Однако обширное внедрение и использование частотно-регулируемых электроприводов, статических силовых преобразователей, энергосберегающих осветительных систем привело к значительному изменению вида электрических нагрузок большого количества потребителей.
В последние годы прослеживается значительное ухудшение качества электроэнергии в сетях электроснабжения большинства промышленных предприятий, а также в распределительных сетях непромышленного сектора (жилой сектор, офисные, коммерческие потребители, медицинские учреждения). Особенность искажающих нагрузок бытовых, коммерческих и офисных потребителей состоит в том, что они, как правило, однофазные, имеют небольшую мощность и характеризуются тем, что они распределены по всей сети. Искажения формы кривых токов и напряжений приводят к росту потерь, ускоренному изнашиванию изоляции и вызванному этим уменьшению срока
службы электрооборудования и преждевременному выходу его из строя. Увеличиваются эксплуатационные расходы и капитальные вложения, которые сопряжены с преждевременной заменой вышедшего из строя оборудования и необходимостью осуществлять организационные и технические мероприятия по улучшению качества электроэнергии. Так, проблема поддержания необходимого качества электроэнергии получила важное значение для всех систем электроснабжения, в т. ч. для сетей промышленных предприятий, городских распределительных сетей, а также автономных систем
электроснабжения. С целью ограничения негативных последствий, обусловленных снижением качества электроэнергии, необходимо проведение некоторых мероприятий, нацеленных на поддержание и сохранение качества электроэнергии и надежности электроснабжения.
Технические мероприятия по увеличению уровня качества
электроэнергии содержат схемные решения (перенос нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, применение многофазных систем выпрямления и тому подобные меры), а также установку компенсирующих приборов, которые обеспечивают регулирование одного или нескольких показателей качества электроэнергии.
Наиболее эффективным и универсальным средством регулирования параметров, которые определяют уровень качества электрической энергии, являются силовые фильтры гармоник. Кроме ослабления высших гармоник токов и напряжений они осуществляют функции компенсации реактивной мощности, регулирования напряжения в точке подключения. Поэтому более точное название — фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ).
Большинство существующих работ в данной области посвящены исследованию характеристик и разработке моделей ФКУ. Инженерам- проектировщикам при этом необходимо в качестве инструмента работы иметь законченное и полное программное обеспечение, которое позволило бы автоматизировать все этапы проектирования таких устройств, как пассивные фильтры гармоник, поскольку данные устройства являются сложными резонансными системами. Именно поэтому в данной работе уделяется внимание разработке такого программного обеспечения.
Тема диссертационной работы: «Информационно-справочная система проектировщика фильтрокомпенсирующих устройств».
Цель: создание программного обеспечения (ПО) для автоматизации основных этапов проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств.
Задачи:
- анализ структур и методов расчета фильтрокомпенсирующих устройств;
- выбор базовых структур и конфигураций пассивных фильтрокомпенсирующих устройств (ПФКУ);
- определение требований к разрабатываемому программному обеспечению для автоматизированного проектирования фильтрокомпен¬сирующих устройств;
- выбор средств для реализации программного обеспечения (программ¬ные языки, программно-аналитические платформы) и определение основных расчетных методов;
- проектирование структуры программного обеспечения, блок-схемы алгоритма работы;
- создание интерфейса программного обеспечения;
- реализация функций программного обеспечения по расчету оптимальных характеристик фильтрокомпенсирующих устройств, выбору значений номинальных характеристик оборудования;
- схемотехническое моделирование и исследование сетей с применением полученных пассивных фильтрокомпенсирующих устройств с расчетными параметрами;
- оптимизация параметров фильтрокомпенсирующих устройств.
Основные результаты: разработаны алгоритмы и программное
обеспечение для оптимального и автоматизированного проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств, базирующиеся на минимизации многокритериальной целевой функции в пространстве параметров операторного входного сопротивления ФКУ.
Практическая значимость: полученное программное обеспечение
позволяет спроектировать многофункциональные ФКУ, применение которых повысит качество электроэнергии в распределительных сетях со значительной долей нелинейных нагрузок, что способствует более продолжительной и эффективной работе оборудования, энергосбережению и уменьшению потерь.
спровоцированное ростом уровня высших гармоник, в последние годы становится все более серьезной проблемой для распределительных сетей. Главными причинами и источниками этой проблемы являются электроустановки с нелинейной вольтамперной характеристикой, в числе которых есть многие современные энергосберегающие устройства. Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 18.07.2011) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» стимулирует потребителей к применению энергосберегающих технологий и устройств, поэтому в недалеком будущем можно с уверенностью прогнозировать усугубление такой проблемы, как проблема качества электроэнергии. Основным фактором ухудшения качества электроэнергии традиционно были нелинейные и резкопеременные нагрузки крупных металлургических предприятий, системы тягового электроснабжения железной дороги. Однако обширное внедрение и использование частотно-регулируемых электроприводов, статических силовых преобразователей, энергосберегающих осветительных систем привело к значительному изменению вида электрических нагрузок большого количества потребителей.
В последние годы прослеживается значительное ухудшение качества электроэнергии в сетях электроснабжения большинства промышленных предприятий, а также в распределительных сетях непромышленного сектора (жилой сектор, офисные, коммерческие потребители, медицинские учреждения). Особенность искажающих нагрузок бытовых, коммерческих и офисных потребителей состоит в том, что они, как правило, однофазные, имеют небольшую мощность и характеризуются тем, что они распределены по всей сети. Искажения формы кривых токов и напряжений приводят к росту потерь, ускоренному изнашиванию изоляции и вызванному этим уменьшению срока
службы электрооборудования и преждевременному выходу его из строя. Увеличиваются эксплуатационные расходы и капитальные вложения, которые сопряжены с преждевременной заменой вышедшего из строя оборудования и необходимостью осуществлять организационные и технические мероприятия по улучшению качества электроэнергии. Так, проблема поддержания необходимого качества электроэнергии получила важное значение для всех систем электроснабжения, в т. ч. для сетей промышленных предприятий, городских распределительных сетей, а также автономных систем
электроснабжения. С целью ограничения негативных последствий, обусловленных снижением качества электроэнергии, необходимо проведение некоторых мероприятий, нацеленных на поддержание и сохранение качества электроэнергии и надежности электроснабжения.
Технические мероприятия по увеличению уровня качества
электроэнергии содержат схемные решения (перенос нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, применение многофазных систем выпрямления и тому подобные меры), а также установку компенсирующих приборов, которые обеспечивают регулирование одного или нескольких показателей качества электроэнергии.
Наиболее эффективным и универсальным средством регулирования параметров, которые определяют уровень качества электрической энергии, являются силовые фильтры гармоник. Кроме ослабления высших гармоник токов и напряжений они осуществляют функции компенсации реактивной мощности, регулирования напряжения в точке подключения. Поэтому более точное название — фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ).
Большинство существующих работ в данной области посвящены исследованию характеристик и разработке моделей ФКУ. Инженерам- проектировщикам при этом необходимо в качестве инструмента работы иметь законченное и полное программное обеспечение, которое позволило бы автоматизировать все этапы проектирования таких устройств, как пассивные фильтры гармоник, поскольку данные устройства являются сложными резонансными системами. Именно поэтому в данной работе уделяется внимание разработке такого программного обеспечения.
Тема диссертационной работы: «Информационно-справочная система проектировщика фильтрокомпенсирующих устройств».
Цель: создание программного обеспечения (ПО) для автоматизации основных этапов проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств.
Задачи:
- анализ структур и методов расчета фильтрокомпенсирующих устройств;
- выбор базовых структур и конфигураций пассивных фильтрокомпенсирующих устройств (ПФКУ);
- определение требований к разрабатываемому программному обеспечению для автоматизированного проектирования фильтрокомпен¬сирующих устройств;
- выбор средств для реализации программного обеспечения (программ¬ные языки, программно-аналитические платформы) и определение основных расчетных методов;
- проектирование структуры программного обеспечения, блок-схемы алгоритма работы;
- создание интерфейса программного обеспечения;
- реализация функций программного обеспечения по расчету оптимальных характеристик фильтрокомпенсирующих устройств, выбору значений номинальных характеристик оборудования;
- схемотехническое моделирование и исследование сетей с применением полученных пассивных фильтрокомпенсирующих устройств с расчетными параметрами;
- оптимизация параметров фильтрокомпенсирующих устройств.
Основные результаты: разработаны алгоритмы и программное
обеспечение для оптимального и автоматизированного проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств, базирующиеся на минимизации многокритериальной целевой функции в пространстве параметров операторного входного сопротивления ФКУ.
Практическая значимость: полученное программное обеспечение
позволяет спроектировать многофункциональные ФКУ, применение которых повысит качество электроэнергии в распределительных сетях со значительной долей нелинейных нагрузок, что способствует более продолжительной и эффективной работе оборудования, энергосбережению и уменьшению потерь.
Были изучены и проанализированы проблемы ухудшения показателей качества электроэнергии в электрических распределительных сетях у групп потребителей различных секторов. Показано, что распространение энергосберегающих устройств, обладающих нелинейными характеристиками, становится одной из основных причин снижения уровня качества электроэнергии. Для управления качеством электроэнергии необходимо создание и применение многофункциональных адаптивных устройств, которые предназначены для подавления канонических высших гармоник тока и напряжения, компенсации реактивной мощности в условиях массового распространения энергосберегающих нагрузок, обладающих нелинейными характеристиками.
Рассмотрена процедура расчета пассивных ФКУ, в основе которой лежит алгоритм поиска минимума целевой функции, определяющей характеристики ФКУ в части компенсации реактивной мощности, в пространстве параметров операторного входного сопротивления фильтра. Изменяемыми параметрами для данной функции являются полюсы и коэффициент нормирования операторного сопротивления фильтра. На основании использования методов теории цепей и алгоритмов оптимизации можно спроектировать ФКУ минимального порядка, которые могут обеспечить подавление нечетных канонических гармоник, компенсацию реактивной мощности и исключить усиление анормальных гармоник.
Предложенные методы расчета пассивных ФКУ использованы при разработке автоматизированного интерактивного программного комплекса, позволяющего оптимизировать основные этапы процесса проектирования пассивных ФКУ. Разработанное ПО предназначено для проектирования фильтрокомпенсирующих устройств, которые можно установить у потребителей, имеющих высокую долю нелинейной нагрузки.
Рассмотрена процедура расчета пассивных ФКУ, в основе которой лежит алгоритм поиска минимума целевой функции, определяющей характеристики ФКУ в части компенсации реактивной мощности, в пространстве параметров операторного входного сопротивления фильтра. Изменяемыми параметрами для данной функции являются полюсы и коэффициент нормирования операторного сопротивления фильтра. На основании использования методов теории цепей и алгоритмов оптимизации можно спроектировать ФКУ минимального порядка, которые могут обеспечить подавление нечетных канонических гармоник, компенсацию реактивной мощности и исключить усиление анормальных гармоник.
Предложенные методы расчета пассивных ФКУ использованы при разработке автоматизированного интерактивного программного комплекса, позволяющего оптимизировать основные этапы процесса проектирования пассивных ФКУ. Разработанное ПО предназначено для проектирования фильтрокомпенсирующих устройств, которые можно установить у потребителей, имеющих высокую долю нелинейной нагрузки.