WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 


Pages:   || 2 |

«ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРУППОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАССРЕДОТОЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

На правах рукописи

ШЕВЧУК Антон Павлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРУППОВОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ

ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАССРЕДОТОЧЕННЫХ

ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

доктор технических наук, профессор Б.Н.Абрамович Санкт-Петербург -

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1 Научно-технические проблемы регулирования напряжения в электротехнических комплексах

1.1 Характеристика объекта исследования

1.2 Причины возникновения отклонений напряжения от рационального уровня

1.3 Влияние отклонения напряжения от рационального уровня на работу элементов электротехнического комплекса

1.3.1 Асинхронные двигатели

1.3.2 Синхронные двигатели

1.3.3 Силовые трансформаторы

1.3.4 Сети освещения

1.4 Способы регулирования напряжения

1.4.1 Групповое регулирование

1.5 Выводы к главе 1

Глава 2 Технические средства регулирования напряжения

2.1 Устройство продольно-емкостной компенсации

2.2 Вольтодобавочный трансформатор

2.3 Автоматический регулятор напряжения на базе автотрансформатора 2.4 Устройство регулирования напряжения под нагрузкой силовых трансформаторов

2.5 Статические компенсаторы реактивной мощности

2.6 Динамический компенсатор искажений напряжения

2.7 Параллельный активный фильтр

2.8 Выводы к главе 2

Глава 3 Методы расчетов и оптимизации режимов электрических систем.

Применение методов нечеткой логики в задаче регулирования напряжения

3.1 Методы расчетов и оптимизации режимов электрических систем..... 3.2 Задача рационализации режима напряжения при использовании теории нечетких множеств

3.3 Формирование нечетких множеств в задаче регулирования напряжения

3.4 Формирование базы правил и приведение к нечеткости

3.5 Нечеткий вывод

3.6 Процедура композиции

3.7 Приведение к четкости

3.7.1 Агрегация локальных выводов

3.7.2 Дефаззификация

3.8 Формы представления нечетких множеств для вычислительной техники

3.8.1 Функциональное представление нечетких множеств

микропроцессорном решении задачи регулирования

управления

3.10 Выводы к главе 3

Глава 4 Алгоритм и устройство регулирования напряжения с применением методов нечеткой логики. Экспериментальные исследования

4.1 Задачи регулирования

4.2 Структура нечеткого управления при регулировании напряжения.... присоединению

напряжения

4.5 Эмулирование микроконтроллера в среде PROTEUS

нагрузкой

4.7 Устройство управления электрической нагрузкой

4.8 Устройство динамического управления электрической нагрузкой с применением нечеткой логики

4.9 Выводы к главе 4

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы территориально рассредоточенной нагрузки, является важной научнотехнической задачей, решение которой позволяет приблизить уровень напряжения в системе к рациональному, за счет чего достигается минимизация потерь электрической энергии при условии соблюдения норм ее качества как в удаленных точках электросети, так и на шинах главных понизительных подстанций.

электроэнергии является групповое регулирование напряжения, осуществляемое за счет изменения коэффициента трансформации силовых трансформаторов под нагрузкой. При этом для реализации эффективного управления режимом напряжения в сети необходимо учитывать протяженность отходящих линий, мощность потребителей, распределение нагрузки и режимы ее работы в электрической сети, регулирующие эффекты по напряжению, наличие и состав локальных устройств регулирования и компенсации отклонения напряжения.

Структура электросетевого распределительного комплекса, состав нагрузок и особенности технологического процесса промышленных предприятий формируют особые требования к режимам электроснабжения технологического электрооборудования и качеству электрической энергии. Кроме того, электропотреблении отдельных электроустановок не позволяет оперативно поддерживать уровень напряжения на шинах понизительной подстанции при вариации структуры и параметров нагрузки.

Поэтому решение задачи поддержания уровня напряжения в системе электроснабжения промышленных предприятий на рациональном уровне c помощью средств группового регулирования режима напряжения в реальном режиме времени представляется актуальным, позволяет минимизировать потери электроэнергетическую составляющую себестоимости конечного продукта промышленных предприятий.

Степень разработанности занимались Абрамович Б.Н., Полищук В.В., Тарасов Д.М., Kundur P., Wood A.J., Wellberg B.F. и др. Теория регулирования напряжения в распределительных сетях с применением интеллектуальных систем управления разрабатывалась Манусовым В.З., Жмаком Е.И., Мятежом А.В., Kasztenny B. и др.

В работах Жмака Е.И., Мятежа А.В., Kasztenny B. обосновано применение интеллектуальных систем на основе нечеткой логики в задачах регулирования классическими алгоритмами управления при встречном регулировании напряжения. Однако не учтены особенности электротехнических комплексов промышленных предприятий, характеризуемых наличием рассредоточенных и взаимоудаленных от центров питания электропотребителей, большим удельным весом нелинейных нагрузок, несбалансированными, а зачастую «прерывистыми»

режимами питания технологических и вспомогательных электроустановок.

В работе Тарасова Д.М. составлена целевая функция, позволяющая регулировании. Показано, что на величину целевой функции наибольшее влияние оказывают регулирующие эффекты потерь активной мощности узлов нагрузки, протяженность присоединения, мощность нагрузки отдельных узлов и их распределение вдоль линии. Однако в работе не учитывается наличие местных средств регулирования и компенсации отклонения напряжения.

В настоящее время не решен ряд вопросов, касающихся выявления числа независимых параметров, характеризующих режим напряжения, также предела их вариаций, позволяющих реализовать рациональное управление режимом напряжения с использованием методов нечеткой логики, при котором обеспечивается минимум затрат на потребление электроэнергии в условиях территориально рассредоточенной нагрузки и ограниченного объема средств сбора и передачи данных.

Цель работы Повышение эффективности группового регулирования напряжения в центрах питания предприятий промышленного комплекса в условиях территориально рассредоточенной нагрузки и ограниченного объема средств измерения и передачи данных о состоянии энергопотребления.

Идея работы Поставленная цель достигается путем группового регулирования напряжения, при котором уровень напряжения на главной понизительной подстанции (ГПП) устанавливается в соответствии с оценкой информации о параметрах отходящих присоединений на основании нечеткого логического вывода, включая мощность потребителей, протяженность и распределение нагрузки вдоль линий, регулирующие эффекты активной мощности, наличие локальных устройств регулирования в системе.

Задачи исследования:

Анализ научно-технических проблем и средств группового управления режимом напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий, а также способов их реализации;

Обоснование метода нахождения рационального уровня напряжения, в распределительных сетей электротехнического комплекса;

Разработка структуры и алгоритмов управления, обеспечивающих определение, формирование и поддержание на рациональном уровне напряжения на шинах ГПП промышленных предприятий, при котором обеспечивается минимизация потерь электроэнергии;

Разработка устройства регулирования напряжения, способного автоматический выбор определяющей линии в реальном режиме времени, с учетом разнородности и разновременности нагрузки, регулирующих эффектов и ее распределения вдоль питающей линии;

Научная новизна работы заключается в обосновании метода группового регулирования напряжения в центрах электроснабжения промышленных предприятий, позволяющего с помощью теоретических положений нечеткой логики выявить характеристики определяющего присоединения в условиях вариации параметров режима электропотребления в распределительной сети, при которых обеспечивается минимизация потерь электроэнергии при заданных параметрах режима напряжения.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные технические решения позволяют повысить эффективность используемых алгоритмов управления режимами энергосистем, что приведет к улучшению технико-экономических показателей электротехнического комплекса, снижению технологического расхода электроэнергии, связанного с ее передачей, улучшению качества электроснабжения приёмников, снижению отказов работы РПН трансформаторов.

На предлагаемые устройства регулирования напряжения с использованием методов нечеткой логики получены Патент №2416855 и Патент №2467447.

Методы исследований В работе использовались методы теории электрических цепей, теории систем электроснабжения, численные методы решения уравнений, математическое, физическое и компьютерное моделирование, теория нечетких множеств, методы теоретического и экспериментального определения параметров и характеристик электротехнических комплексов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Выявленные зависимости и диапазоны вариации лингвистических параметров, характеризующих состояние электротехнического комплекса рассредоточенных электропотребителей и минимального объема средств сбора и передачи данных, позволяют определить рациональный уровень напряжения в системе электроснабжения, при соблюдении требований, предъявляемых к качеству электроэнергии.

нагрузкой позволяют осуществить групповое управление режимом напряжения в соответствие с рациональным уровнем напряжения, за счет изменения коэффициента трансформации силового трансформатора при использовании устройства регулирования под нагрузкой, оснащенного фаззи-логической системой управления.

Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием известных положений теории электрических математического моделирования и теории оптимизации, а также достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на II Всероссийской научно-технической электрооборудование предприятий» (Уфа, УГНТУ, 2009), Всероссийской конференции студентов выпускного курса (Санкт-Петербург, СПбГГУ, 2011г), недропользования» (Санкт-Петербург, СПбГГУ, 2011г), Научно-практической конференции с международным участием «НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ» (СанктПетербург, СПбГПУ, 2012), Международном форум-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, СПбГГУ, 2013г), 10-ой Международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, ИПКОН РАН, 2013).

Публикации По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 3 – в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК. Получены патенты №2416855, №2467447.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на страницах. Содержит 44 рисунка, 6 таблиц, список литературы из наименования, 2 приложения.

ГЛАВА 1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ

1.1 Характеристика объекта исследования В представленной диссертационной работе в качестве объекта исследования рассматривается электротехнический комплекс предприятий нефтедобывающей Федерации.

содержит в своем составе промысловые распределительные подстанции и сети оборудование, получает питание от энергоснабжающей организации на уровнях напряжения 35 и 110 кВ.

установками в виде установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), штанговых глубинных установок (ШГС), установок поддержания пластового давления (УППД), а также станков-качалок (СК) и буровых установок (БУ). Промысловые распределительные линии электротехнического комплекса являются радиальномагистральными, характеризуются значительной протяженностью и промысловым линиям электропередачи являются случайным параметром, определяемым топологией процесса извлечения технологической жидкости на поверхность, поддержания пластового давления и ведения буровых работ. [4, 44] Анализ показал [44], что состав промысловой нагрузки достаточно четко территориально рассредоточенными объектами, приведенную к шинам 6(10) кВ промысловой распределительной подстанции, представленную на рисунке 1.1, и определить диапазоны вариации параметров обобщенной расчетной схемы электроснабжения нефтедобывающих предприятий, представленных в таблицах 1.1 – 1.4.

Рисунок 1.1 - Обобщенная схема электроснабжения НГДП с территориально На рисунке 1.1 обозначены:

ПЭ - питающая энергосистема; Л1 - линия электропередачи от шины питающей подстанции энергосистемы до силового трансформатора подстанции НГДП; Т1 - трех- или двухобмоточный трансформатор, установленный на подстанции НГДП; Л2 - линии электропередачи, питающие КТП 6(10)/0,4 кВ основных электроприемников механизированной добычи нефти; Л3 - линии электропередач питающие высоковольтные электроприемники систем поддержания пластового давления (ППД), первичной подготовки и перекачки товарной нефти; Л4 - линии электропередачи, питающие электродвигатели 0,4 кВ станков-качалок (СКН); Л5 - линии электропередачи, питающие погружные электродвигатели (ПЭД) установок электроцентробежных насосов (УЭЦН); Т2 – трансформатор КТП 6(10)/0,4 кВ, предназначенный для питания станков качалок (СКН) и низковольтных потребителей механизированной добычи нефти; Т3 трансформатор КТП 6(10)/0,4/UУЭЦН кВ (КТППН), предназначенный для питания УЭЦН и низковольтных потребителей механизированной добычи нефти; Т4 – повышающий трансформатор 0,4/UУЭЦН кВ, предназначенный для питания УЭЦН;

Т5 – трансформатор 6(10)/0,4 кВ собственных нужд промысловой подстанции НГДП; УПЕК - конденсаторная установка, подключенная к шинам подстанций 6(10) кВ промысловых подстанций НГДП; Д1 - высоковольтные двигатели систем ППД, первичной подготовки и перекачки товарной нефти, подключенные к шинам промысловых подстанций НГДП напряжением 6(10) кВ; Д2 низковольтные электродвигатели СКН; Д3 – ПЭД.

Таблица 1.1 - Параметры силовых трансформаторов НГДП Таблица 1.2 - Параметры ЛЭП НГДП Таблица 1.3 - Параметры электроприемников НГДП Таблица 1.4 - Параметры конденсаторных батарей НГДП Структура электросетевого распределительного комплекса, состав нагрузок и характерные особенности технологического процесса предприятий нефтедобычи формируют особые требования к режимам электроснабжения технологического электрооборудования и качеству электрической энергии. [44] Нарушение электроснабжения непрерывных технологических процессов влечет за собой существенные экономические ущербы, а отклонение показателей качества от допустимых значений создает неблагоприятные условия эксплуатации, неэкономичные режимы работы электрооборудования и рост потерь электрической энергии.

При этом экспериментальные исследования по данной проблематике показали, что в электрических сетях электротехнического комплекса нефтедобывающих предприятий качество электрической энергии в части провалов напряжения во многих случаях не удовлетворяет требованиям действующих стандартов, что приводит к нарушению непрерывности технологического процесса добычи полезных ископаемых. [37, 60] Кроме того, фактическая ситуация такова, что в целях обеспечения устойчивой работы наиболее удаленных потребителей электроэнергии, напряжение на шинах главной понизительной подстанции завышается до уровня 1,051,1 Uн, при котором гарантируется устойчивая работа электроустановок во всех анормальных режимах. Поэтому в часы минимума нагрузки напряжение на электроустановках в начале питающих линий может составлять до 1,15 Uн. [4] В данных условиях электроэнергетическая составляющая себестоимости добычи нефти достигает уровня 1620%, а решение задач по обеспечению эффективной работы электроустановок и снижению потерь электроэнергии предприятий нефтедобычи представляется затруднительным. [23] рационального уровня Характерными особенностями системы электроснабжения предприятий нефтедобычи является локализация и удаленность мощного электрооборудования от центров питания 35/6 кВ, их территориальная рассредоточенность по большой территории, наличие нелинейной нагрузки на напряжениях 6 и 0,4 кВ и ее несимметрия по секциям шин узловых подстанций. [9] Наличие указанных факторов оказывает существенное влияние на отклонения напряжения в наиболее удаленных от центров электрических нагрузок элементах распределительной сети от нормированных значений и оптимального для работы оборудования уровня. В фактических условиях эксплуатации отклонения напряжения могут превышать допустимые нормы в 1,52,5 раза, смещаясь в зону значений, нормированных для аварийного режима электроснабжения. [9, 15] Отклонения уровня напряжения в системах электроснабжения предприятий нефтедобычи возникают в случаях нарушения режимов напряжения со стороны питающей энергосистемы, возникновении провалов напряжения в центрах питания, возникновении аварийных ситуаций в промысловой распределительной сети, а также при подключении мощного электрооборудования электротехнических комплексов различного функционального назначения. [5] Результаты экспериментальных исследований в области обеспечения норм качества электроэнергии в условиях нефтедобывающих предприятий показали, что наибольшая величина «провалов» и отклонения напряжения возникает при пуске мощных синхронных двигателей буровых установок и систем поддержания пластового давления на всем протяжении промысловой воздушной линии электропередачи. [60] При длине промысловой линии 6-10 кВ более 6-7 км величина отклонения напряжения достигает критического значения, что делает невозможным надлежащую работу электродвигателей технологических комплексов бурения скважин и поддержания пластового давления. [38] характеризуются отклонением уровня напряжения от нормированного значения, технологическими условиями разбуривания и эксплуатации месторождений.

месторождений показали, что при пуске мощных синхронных двигателей насосов БУ в конце промысловой линии, потери напряжения могут достигать 40% и устойчивости всего комплекса электрооборудования, подключенного к промысловой линии. [60] 1.3 Влияние отклонения напряжения от рационального уровня на работу элементов электротехнического комплекса

Работа каждого электроприемника электротехнического комплекса промышленных предприятий характеризуется определенными техническими показателями, которые влияют на экономичность и надежность работы как самого электроприемника, так и связанных с ним механизмов. Отклонение напряжения от рационального уровня в промысловых сетях предприятий нефтедобычи непосредственно влияет на данные технические показатели и ведет к изменению результатов работы всех технологических и вспомогательных систем. [65] 1.3.1 Асинхронные двигатели Наиболее распространенными токоприемниками в промысловых сетях нефтедобывающего и перерабатывающего комплекса являются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Асинхронные электродвигатели зачастую выполняют все основные операции технологического процесса.

На рисунке 1.2 представлена зависимость между электромагнитным моментом Мэл и скольжением s при f = const, U = Uном. Здесь же приведена зависимость вращающего момента рабочего механизма Ммех от его скорости вращения. Точка соответствует работе двигателя с номинальной нагрузкой, при этом скольжение двигателя соответствует номинальному скольжению - SHOM.

Рисунок 1.2 - Влияние изменений напряжения на электромеханические электродвигателя механическая характеристика двигателя изменится и может Характеристика Ммех остается прежней. При режиме работы электродвигателя в производительность механизма, приводимого во вращение этим электродвигателем падает. При дальнейшем длительном снижении напряжения происходит дальнейшее ухудшение технических характеристик приводимого им во вращение механизма. Запуск двигателя при пониженном напряжении (U2), когда его скольжение s 1, невозможен, так как Мэл2 Ммех. [52] Расчеты показывают, что при снижении напряжения на зажимах двигателя на 15 % от Uном его электромагнитный момент Мэл снижается до 72 % от Мном и снижается коэффициент запаса устойчивости, характеризуемый отношением электродвигателей. При провалах напряжения ниже допустимого уровня двигатель опрокинется. [48] В случае снижения напряжения на зажимах электродвигателя при той же потребляемой мощности увеличивается ток, потребляемый из сети. При этом происходит более интенсивный нагрев обмоток двигателя и соответственно снижается срок его службы. Например, если длительное время двигатель работает при напряжении, равном 0,9 Uном срок его службы сокращается примерно вдвое.

Устойчивая работа приводного асинхронного двигателя технологического оборудования при широком диапазоне изменения момента сопротивления определяется величиной напряжения при пуске, частотой и продолжительностью пуска, а также способом питания электродвигателя. [1] увеличению потребляемой им реактивной мощности. В среднем на каждый увеличивается на 3 % и более (в основном за счет увеличения тока холостого хода) для электродвигателей серии А мощностью (20 - 100) кВт, а для двигателей меньшей мощности на (5 - 7) %. [1] 1.3.2 Синхронные двигатели Повышение напряжения на зажимах СД приводит к значительному снижению его располагаемой мощности вследствие увеличения реактивной составляющей холостого хода двигателя. [2] Располагаемая реактивная мощность Qpc и потери активной мощности Р являются функциями коэффициента m загрузки статора синхронного двигателя (СД) и напряжения на его зажимах:

где m = P/Pн - относительная величина потребляемой СД активной мощности; = Q/Qн - относительная величина генерируемой или потребляемой реактивной мощности; U — относительная величина напряжения на зажимах двигателя. Практически значения m могут изменяться от 0,5 (режим, близкий к холостому ходу СД) до 1,1 и от - 0,6 (режим потребления реактивной мощности) до рс (относительная величина располагаемой СД реактивной мощности при рассматриваемых значениях U и m). [8] 1.3.3 Силовые трансформаторы Снижение напряжения у трансформаторов при неизменной мощности приводит к увеличению тока в обмотках. Во многих случаях это не представляет опасности для трансформаторов, т.к. их номинальная мощность Sном часто превышает нагрузку, и конструкция трансформаторов позволяет допускать некоторую перегрузку. Однако при оценке возможности перегрузки необходимо правильно определять ожидаемый максимальный ток, на величину которого может оказать влияние снижение напряжения на зажимах трансформатора. [26] Более опасным для трансформатора может оказаться повышение подводимого к нему напряжения. Связано это с существенным увеличением намагничивающего тока, которое у трансформаторов более заметно вследствие резкого увеличения реактивного сопротивления намагничивания. Это характерно при превышении номинального напряжения регулировочного ответвления обмотки. Значительный рост тока намагничивания при увеличении напряжения на ответвлении объясняется работой трансформаторов в области нелинейной характеристики намагничивания, а это приводит к искажению кривой тока намагничивания и появлению высших гармоник, которые обуславливают увеличение потерь активной мощности в магнитопроводе и его дополнительный нагрев. [26] Высшие гармонические составляющие вызывают в трансформаторах дополнительные потери в обмотках, увеличение потерь, связанных с вихревыми токами и гистерезисом. Кроме того, могут наблюдаться локальные перегревы магнитопровода. Указанные явления, в конечном счете, приводят к сокращению срока службы трансформатора. [27] 1.3.4 Сети освещения Снижение уровня напряжения является причиной уменьшения светового потока ламп накаливания и их к.п.д. При снижении напряжения на 5% световой поток уменьшается на 18%, при падении напряжения до 10% происходит уменьшение потока уже более чем на 30%, что приводит к значительному уменьшению освещенности. [26] При увеличении напряжения световой поток ламп накаливания заметно повышается, но значительно уменьшается срок службы ламп. Так, при повышении напряжения на 10% световой поток ламп накаливания увеличивается приблизительно на 30%, при этом срок службы ламп сокращается почти в 3 раза.

[26] Люминесцентные лампы менее чувствительны к отклонениям напряжения.

При повышении уровня напряжения потребляемая мощность и световой поток таких ламп увеличиваются, а при снижении – уменьшаются, но не в такой степени как у ламп накаливания. При пониженном напряжении условия зажигания люминесцентных ламп ухудшаются, поэтому срок их службы, определяемый распылением оксидного покрытия электродов, сокращается как при отрицательных, так и при положительных отклонениях напряжения. [26,63] При отклонениях напряжения на ±10 % срок службы люминесцентных ламп в среднем снижается на 20–25 %. Существенным недостатком люминесцентных ламп является потребление ими реактивной мощности, которая растет с увеличением подводимого к ним напряжения. [26,63] 1.4 Способы регулирования напряжения Напряжение на шинах потребителя определяется выражением:

где U2 – напряжение на шинах потребителя, U1 – напряжение в центре питания, Uн – номинальное напряжение системы, Р – активная мощность системы, R – активное сопротивление системы, Q – реактивная мощность системы, Qc – реактивная мощность компенсаторов, Х – реактивное сопротивление системы, Хс – реактивное сопротивление компенсаторов [57].

ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [68] устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно Uyпред= ± 10 % номинального напряжения сети.

ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [69] устанавливает пороговые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах Uyпред= ± 10 % номинального напряжения сети.

Таким образом, обеспечить указанные выше требования представляется возможным двумя способами: регулированием уровня напряжения в центре питания или у потребителей электрической энергии и снижением потерь напряжения.

Снижение потерь напряжения (U) достигается:

увеличением сечения проводников линий электропередач (R) по условиям потерь напряжения;

изменением реактивного сопротивления за счет последовательного включения конденсаторных установок (Хс), то есть за счет применения продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления системы (X).

конденсаторных батарей и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения (Qc), то есть за счет компенсации реактивной мощности в системе (Q).

1.4.1 Групповое регулирование Существующая концепция регулирования напряжения в промысловых сетях предприятий нефтедобычи основана на групповом регулировании напряжения на шинах главной понизительной подстанции (ГПП), управлении потоками реактивной мощности и в отдельных случаях изменением сопротивления системы.

достигается за счет изменения уровня напряжения на шинах главной понизительной подстанции. Как показывает анализ регулирующих эффектов в системах электроснабжения предприятий нефтедобывающего комплекса, наиболее эффективным способом регулирования является изменение предусмотрена возможность изменять коэффициент трансформации в пределах – 20%. [3] Регулирование напряжения в данном случае осуществляется за счет применения устройств автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки — устройств регулирование под нагрузкой (РПН).

Существуют следующие основные принципы регулирования напряжения трансформаторами с РПН [12]:

- стабилизация напряжения на выводах подстанции (рисунок 1.3а), - стабилизация напряжения на выводах подстанции по заданному графику (рисунок 1.3б), - работа согласно принципу встречного регулирования (рисунок 1.3в).

Рисунок 1.3 - Графики напряжений при различных законах управления Принцип стабилизации напряжения применяется в том случае, когда к шинам подстанции подключены нагрузки с резко различающимися графиками потребления энергии, т.е. когда в одно и то же время для одних нагрузок необходимо поднимать напряжение, а для других - наоборот, понижать. В этом случае желательно "развязывать" нагрузки, группируя их по графикам. [22] Кроме того, стабилизация напряжения применяется при регулировании напряжения на подстанциях и в специальных случаях для регулирования напряжения у некоторых электроприёмников.

Под принципом встречного регулирования понимают регулирование напряжения в зависимости от тока нагрузки. Этот вид регулирования подразумевает повышение напряжения с ростом нагрузки. В период максимальных нагрузок для компенсации потерь напряжения, значение его на питающей подстанции поддерживается на 5-10% выше номинального значения, а в период минимальных нагрузок - не выше номинального. [12,22] Кроме того, регулирование напряжения может осуществляться на промежуточных трансформаторных подстанциях с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации — переключение без возбуждения (ПБВ), то есть для изменения коэффициента трансформации трансформатор необходимо отключать от сети.

В первой главе дана подробная характеристика объекту исследования данной диссертационной работы, а именно электротехническому комплексу предприятий нефтедобывающей промышленности. Основные выводы к главе заключаются в следующем:

1. Рассмотрена структура электросетевого распределительного комплекса и особенности технологического процесса предприятий нефтедобычи, предъявляемые требованиям к режимам электроснабжения технологического электрооборудования и качеству электрической энергии.

2. Определен диапазон вариаций параметров и проведена структуризация технологического оборудования, входящего в состав электротехнического комплекса предприятий нефтедобычи, что позволило создать обобщенную схему рассредоточенными объектами, приведенную к шинам 6(10) кВ промысловой распределительной подстанции.

3. Рассмотрены вопросы, касающиеся влияния отклонения напряжения на работу отдельных электроприемников электротехнического комплекса предприятий нефтедобычи, которые характеризуются определенными техническими показателями, влияющими на экономичность и надежность работы Представленные зависимости технических показателей оборудования от отклонения напряжения позволяют определить их влияние на результаты работы как технологического, так и вспомогательного оборудования всего электротехнического комплекса.

4. Проведен анализ способов регулирования напряжения и методов снижения потерь в электротехнических комплексах.

Установлено, что не решен ряд вопросов, касающихся выявления числа независимых параметров, характеризующих режим напряжения, также предела их вариаций, позволяющих реализовать рациональное управление режимом напряжения с использованием методов нечеткой логики, при котором обеспечивается минимум затрат на потребление электроэнергии в условиях территориально рассредоточенной нагрузки и ограниченного объема средств сбора и передачи данных.

Рассмотренные в данной главе вопросы позволяют сделать заключение, что в сложившейся на данный момент ситуации, актуальны задачи по нахождению эффективного технического решения по снижению влияния отклонения напряжения на совокупную работу электроприемников всего электротехнического комплекса предприятий нефтедобычи, а также снижения электроэнергетической составляющей себестоимости добычи нефти, которая в настоящее время может превышать 20% от общих затрат.

ГЛАВА 2 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Структурный анализ средств регулирования напряжения позволяет классифицировать устройства воздействия на электрическую сеть, выделяя средства регулирования с пассивной и активной структурой.

К пассивным средствам ограничения и компенсации относятся устройства, в процессе работы которых отсутствует изменение их параметров в зависимости от глубины и длительности отклонения напряжения. К таким устройствам относятся вольтодобавочные трансформаторы и установки продольно-емкостной компенсации.[25,27] К активным средствам ограничения и компенсации относятся устройства, в которых в процессе работы корректируется величина и фаза вольтодобавочной уставки, в зависимости от глубины и длительности отклонения напряжения. К таким устройствам относятся: вольтодобавочные трансформаторы с широким диапазоном регулирования, трансформаторно-емкостные компенсаторы (ТЕК) потерь напряжения и реактивной мощности, динамические компенсаторы искажения напряжения (ДКИН), системы автоматического регулирования под напряжением (РПН). [27,58] Кроме того, проведенный анализ работ, посвященных изучению и разработке средств компенсации отклонения напряжения, показал, что ограничение величины и длительности отклонения напряжения в промысловых сетях предприятий нефтедобычи может проводиться с использованием статических и динамических средств компенсации.[27,37,38,43,58] 2.1 Устройство продольно-емкостной компенсации Одним из самых распространенных способов активной компенсации отклонений, колебаний и провалов напряжения является емкостная компенсация, включающая в себя продольную компенсацию.

Принципиальный способ подключения установок продольно-емкостной компенсации в распределительной сети предприятий нефтедобычи представлен на рисунке 2.1. [14] Существуют различные схемы УПК, разновидности которых представлены на рисунках 2.2 и 2.3. [38] Рисунок 2.2 - Конденсаторная батарея с тиристорным переключением Рисунок 2.3 - Конденсаторная батарея с тиристорным управлением УПК подключается к линии, обладающей значительным реактивным сопротивлением. В этом случае реактивное сопротивление УПК ( X УПК ) подбирается равным 0,8 от суммарного сопротивления X С X ТР X Р X Л 2. УПК является безинерционным компенсирующим устройством отклонений, колебаний и провалов напряжения. [32] Значительным недостатком УПК является сложность защиты его конденсаторов от пусковых токов и токов короткого замыкания. [38] Принцип работы УПК позволяет сделать вывод, что данное устройство может быть эффективно только в случае большого индуктивного сопротивления линии, которое должно быть на порядок больше активного сопротивления.

2.2 Вольтодобавочный трансформатор Одним из традиционных способов повышения напряжения в электрической сети является применение вольтодобавочного трансформатора.

Вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ) имеют две обмотки. Первичная или возбуждающая обмотка ВДТ включается параллельно в сеть, а вторичная – последовательно в линию.

Традиционным является применение ВДТ с продольным регулированием напряжения, напряжение вторичной обмотки в данном случае практически совпадает по фазе (или находится в противофазе) с фазным напряжением питающей сети. Принципиальная схема ВДТ представлена на рисунке 2.4. [50] В представленной схеме существенным моментом является то, что фаза добавки напряжения совпадает с фазой фазного напряжения, к которому подключается возбуждающая обмотка.

ВДТ может быть подключен как в начале, так и в конце линии, чему соответствуют рисунки 2.5 и 2. 6.

Рисунок 2.5 - Схема замещения подключения ВДТ в начале линии Рисунок 2.6 - Схема замещения подключения ВДТ в конце линии сопротивление нагрузки, взаимоиндуктивное сопротивление.

Для ВДТ, включенного в начале линии:

Для ВДТ, включенного в конце линии:

Установлено, что предельные значения К – показателя компенсации отклонения напряжения, определяемые выражениями (2.1) и (2.2), не превышают 10% и 4% соответственно для первого и второго случаев подключения ВДТ. [56] автотрансформатора Блоки автоматического регулирования напряжения (БАРН) используются для регулирования напряжения в электрических сетях промышленных предприятий с любым способом заземления нейтрали, с номинальным напряжением на 6 и 10 кВ, номинальным током до 500 А. Характеристики существующих БАРН позволяют использовать их в различных вариантах установки: на подстанциях, распределительных пунктах, в рассечке линии электропередач в критических точках падения напряжения.

Блоки автоматического регулирования напряжения применяются при реконструкции и новом строительстве промысловых электрических сетей для увеличения пропускной способности линий 6-10 кВ. Также БАРН целесообразно использовать в существующих промысловых линиях, не отработавших свой нормативный срок, но, в связи с увеличением электропотребления, не обеспечивающих заданные уровни напряжения у потребителя. При этом установка БАРН позволяет существенно увеличить пропускную способность эксплуатируемых линий. [18] Применение БАРН позволяет решить следующие задачи:

подключения новых потребителей;

- осуществлять передачу электроэнергии по линиям 6 кВ и 10 кВ на большие расстояния;

- обеспечить качество электроэнергии, в том числе устранить несимметрию напряжения в линиях.

БАРН выполняют основные функции:

- автоматического повышения или понижения уровня напряжения в линии электропередачи в критических точках отклонения напряжения;

- автоматического поддерживания уровня напряжения в заданных пределах при прямом или обратном направлении потока мощности (реверсивный режим).

В общем случае, вольтодобавочный автотрансформатор (АТ) выполняется на базе однофазного масляного автотрансформатора наружной установки, имеющем общую и последовательную обмотки. Последовательная обмотка имеет до 32 ступеней для регулирования напряжения в диапазоне ±10%. Регулирование осуществляет переключатель ступеней. Конструкция автотрансформаторов позволяет осуществлять регулирование под нагрузкой. В составе БАРН может быть два или три АТ. [18] Регулирование напряжения осуществляется путем геометрического сложения напряжения общей и последовательной обмоток. Во всех режимах работы автотрансформатора электромагнитная взаимосвязь между двумя обмотками сохраняется. Понижение или повышение выходного напряжения относительно входного осуществляется благодаря изменению полярности последовательной обмотки. Для режима с понижением выходного напряжения полярность на обеих обмотках совпадает. В режиме повышения выходного напряжения происходит смена полярности на последовательной обмотке. Смена полярности напряжения на последовательной обмотке производится реверсивным переключателем. [18] В процессе работы микропроцессорная система контроля и управления производит измерение напряжения со стороны нагрузки и сравнивает его с заданным напряжением. Если фактическое напряжение отличается от заданного, формируется сигнал управления электроприводом, который перемещает переключатель на соответствующую ступень для повышения (или понижения) напряжения. [18] Принципиальная электрическая схема представлена на рисунке 2.7, где S – высоковольтный ввод со стороны источника; L – высоковольтный ввод со стороны нагрузки; SL – высоковольтный ввод общей точки, К – контроллер системы управления, М – электродвигатель.

Рисунок 2.7 - Принципиальная электрическая схема БАРН В зависимости от схемы включения БАРН в трех фазную сеть диапазон регулирования напряжения может быть ± 10% или ±15 %.

При включении в сеть двух АТ по схеме неполного треугольника диапазон регулирования напряжения составляет ±10 %. [18] Схема представлена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Включение в сеть двух АТ по схеме неполного треугольника При включении в сеть трех АТ по схеме полного треугольника диапазон регулирования напряжения составляет ±15 %. [18] Схема представлена на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 - Включение в сеть трех АТ по схеме полного треугольника На рисунках 2.8 и 2.9 обозначены: АТ1-АТ3 – автотрансформаторы; QS1QS3 – разъединители; TV1 – измерительный трансформатор напряжения.

2.4 Устройство регулирования напряжения под нагрузкой силовых трансформаторов Анализ регулирующих эффектов показывает, что в настоящее время наиболее эффективным способом регулирования напряжения в системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса, в том числе предприятий нефтедобычи и переработки, является регулирование коэффициентов трансформации силовых трансформаторов питающих подстанций 110/35/6(10) и 35/6(10) кВ, которые на более чем 95% от общего числа оснащены устройствами регулирования напряжения под нагрузкой РПН. [3] Устройства РПН рассматриваются как самостоятельные электрические аппараты и разделяются на следующие конструктивные узлы [52]:

1. Контактор, предназначенный для переключения ступени, а также токоограничения и гашения дуги при коммутации;

регулировочной обмотки трансформатора;

3. Предизбиратель (при большом числе ступеней), конструктивно соединенный с избирателем и предназначенный для переключения диапазонов регулирования путем выбора рабочего отвода специальной обмотки грубого регулирования или реверсирования обмотки регулирования. Расположение самого РПН и привода зависят от типа и исполнения трансформатора и весьма разнообразны. Общая компоновка устройства РПН вертикального исполнения и внешний вид устройства РПН представлены на рисунке 2.10 и 2. соответственно.

4. Приводной механизм, который обеспечивает переключение контактора и избирателя.

5. Токоограничивающие сопротивления, уменьшающие коммутационный ток, возникающий в процессе переключения.

Рисунок 2.10 - Общая компоновка устройства РПН Рисунок 2.11 - Силовой трансформатор оснащенный устройством РПН:1 - РПН с реверсированием регулировочной обмотки, 2 - привод РПН Практически все современные трансформаторы с РПН выпускаются с реверсированием регулировочной обмотки и возможностью, так называемого, встречного регулирования. Схема коммутации обмоток трансформатора с РПН приведена на рисунке 2.12, где 4 - избиратель РПН, осуществляющий переключение отпаек трансформатора и ступенчатое регулирование напряжения;

5- предизбиратель, суммирующий или вычитающий магнитный поток во вторичной обмотке трансформатора в зависимости от положения ключа. [54] Рисунок 2.12 - Принципиальная схема включения обмоток трансформатора Регулировочная обмотка присоединяется к основной обмотке при помощи двухпозиционного переключателя - реверсора. В первом положении реверсора регулировочная обмотка включена последовательно и согласно с основной обмоткой трансформатора. Коэффициент трансформации в этом случае наибольший. Во втором положении регулировочная обмотка включена встречно основной обмотке трансформатора, и коэффициент трансформации наименьший.

Диапазон регулирования равен удвоенному напряжению регулировочной обмотки. [52] токоограничивающее сопротивление, относятся к устройствам РПН реакторного типа, а имеющие активное токоограничивающее сопротивление — резисторного типа.

Для резисторных устройств РПН наиболее распространена погружная конструкция, в которой контактор и избиратель выполнены в одном блоке.

Резисторные устройства РПН имеют меньшие вес и габариты по сравнению с реакторными, однако кинематика резисторных устройств более сложна, так как токоограничивающий резистор не может быть длительное время включен в цепь тока нагрузки трансформатора в рабочем или промежуточном положении из-за больших потерь.[52] Резистор используется только для кратковременного включения в цепь тока нагрузки в промежуточных положениях, а в рабочем положении шунтируется или размыкается. В процессе размыкания контакты подвергаются действию электрической дуги, вызывающей электрический износ и оплавление, поэтому они работают в масляной среде, которая защищает контактные поверхности от загрязнения и окисления. Частые переключения способствуют самозачистке контактов. [52] Главное преимущество резисторных контакторов по сравнению с реакторными состоит в том, что гашение дуги, возникающей в контакторе при переключении регулировочной обмотки, существенно более легкое. [17] Однако в последнее время получили широкое распространение вакуумные контакторы устройств РПН. Основными преимуществами вакуумных контакторов являются отсутствие открытой дуги и необходимости замены масла, меньшие габариты и более высокая коммутационная способность. [54] Срок службы контакторов устройств РПН с разрывом дуги в масле и многократным резисторным контактором достигает 600 тыс. переключений при токе нагрузки не более 700А, при токе нагрузки 1600А срок службы контактов снижается до 150 тыс. переключений. Износостойкость лучших образцов вакуумных контакторов на номинальные напряжения 3,6 7,2кВ и номинальные токи 200 400А достигает 1,6 млн. переключений. [52] Таким образом, основными недостатками существующих устройств РПН являются:

- Износ контактов контакторов;

- Необходимость периодических ревизий и замен масла в устройствах РПН.

Регулирование напряжения в силовых трансформаторах осуществляют при помощи регуляторов напряжения, которые обеспечивают ступенчатое (дискретное) изменение коэффициента трансформации без разрыва нагрузочного тока. В связи с этим возникает ряд требований к конструкции регулятора, который регулирование. При отклонениях напряжения, меньших напряжения ступени (в пределах так называемой зоны нечувствительности - одной из основных характеристик регулятора), воздействия на регулятор не должно быть. Во переключающего устройства зона нечувствительности не должна быть больше напряжения Uст ступени переключателя на величину, превышающую возможную погрешность регулятора. Обычно величина зоны нечувствительности выбирается на 10-20% больше напряжения ступени. [16] Величина зоны нечувствительности должна быть отстроена лишь от напряжения ступени регулирования. При этом коэффициент возврата регулятора должен быть близок к единице. Это возможно только при условии, что для каждого тракта регулятора разность напряжений возврата Uвз и срабатывания Uсрб меньше напряжения ступени регулирования Uст. [16] Учитывая, что коэффициент возврата равен получаем максимально допустимое значение для него Значительно более высокие требования предъявляются к величине коэффициента возврата для снижения количества необоснованных переключений.

Во избежание необоснованного износа привода и контактов переключателя ответвлений регулятор не должен оказывать регулирующего воздействия, когда напряжение после кратковременного отклонения за пределы нечувствительности регулятора вновь возвращается в эту зону отклонений. [16] Коэффициент возврата является важной характеристикой регулятора, обеспечивающей меньшее количество переключений при обеспечении того же качества напряжения. Поэтому во всех случаях следует отдавать предпочтение конструкциям, которые без ущерба для других важных свойств обеспечивают коэффициент возврата, практически равный единице. Во избежание чрезмерного износа переключателя ответвлений регулятор не должен оказывать регулирующего воздействия при кратковременных колебаниях напряжения, а также действовать при глубоких, но кратковременных снижениях напряжения в сети, например, вследствие к.з. В этом случае за снижением напряжения следует, как правило, "сброс" нагрузки и регулятор должен будет прийти в действие в противоположном направлении. Это может быть обеспечено вводом выдержки времени. Максимальная величина выдержки времени должна определяться переключающих устройств, так как выдержка времени влияет на число переключений. Регулятор должен иметь установочное устройство для задания требуемого напряжения после установки всех остальных параметров.

Конструкция его должна позволять проверять правильность установки параметров на объекте. [16] В настоящее время, использование полупроводниковых элементов позволяет значительно упростить конструкцию регулятора, снизить потребление мощности, а при соблюдении необходимых требований к полупроводникам электромеханическими и электромагнитными конструкциями. [54] Типовые характеристики регулирования в большинстве случаев имеют вид, изображенный на рисунке 2.13. [12] В некоторых случаях может потребоваться ограничение величины регулируемого напряжения. Ограничение может осуществляться специальным измерительным устройством, уставка которого равна предельно допустимому значению напряжения. Например, если напряжение достигает нижнего предела, то поступает запрещение на регулирование в сторону дальнейшего снижения напряжения на шинах ЦП. [16] Рисунок 2.13 - Характеристики регулирования с отрицательным статизмом (а) и положительным статизмом (б) по напряжению После этого напряжение может продолжать снижаться вследствие других причин, например общего понижения напряжения в питающей сети. В тех случаях, когда это недопустимо, необходимо, помимо упомянутого пассивного ограничения, использовать еще активное ограничение. Оно должно переключать ответвление трансформатора в сторону повышения, если напряжение достигло некоторого недопустимо низкого значения. Пассивное ограничение, запрещающее регулирование в нежелательном направлении, может быть использовано без активного ограничения. Активное ограничение без пассивного использовано быть не может, так как в этом случае ограничение сопровождалось бы неустойчивым регулированием. При наличии обоих ограничений последовательность будет следующая: после действия активного ограничения пассивное ограничение сохраняется, так как оно также осуществляется с зоной нечувствительности, превышающей ступень регулирования. [16] Аналогичное ограничение может применяться и по верхнему предельному значению напряжения. Характеристика регулирования, соответствующая указанному алгоритму, изображена на рисунке 2.14.

Рисунок 2.14 - Характеристика регулятора напряжения с ограничениями Ограничение верхнего и нижнего предела может производиться не только по уровням напряжения, но и по величине нагрузки, используемой в устройстве токовой компенсации. Ограничение нижнего предела напряжения в этом случае осуществляется по наименьшей нагрузке, а ограничение верхнего предела - по наибольшей. Ограничение напряжения при этом осуществляется с точностью, обусловленной величиной зоны нечувствительности и погрешностью трансформаторов тока. [52] 2.5 Статические компенсаторы реактивной мощности перспективными устройствами компенсации провалов и искажений напряжения в настоящее время являются устройства статической и динамической компенсации отклонения напряжения.

На рисунке 2.15 приведена схема устройства статической компенсации реактивной мощности. Схема включает двухуровневый преобразователь напряжения (ПН), выполненный на основе IGBT транзисторов и параллельно включенных диодов, и работающий в режиме ШИМ, конденсаторную батарею Cd на стороне постоянного напряжения Ed, фазный реактор Lp и широкополосный пассивный фильтр Cф, Lф, Rф, настроенный на подавление гармоник. [47] Предполагая, что реактивная мощность устройства, которую оно может генерировать или потреблять, равна QСТ, то тогда реактивная мощность узла нагрузки Qн может изменяться в пределах от Qmax=Qн+QСТ до Qmin=Qн-QСТ. Для гарантированного поддержания заданного коэффициента мощности нагрузки QСТ должна быть несколько больше Qн. При существенном снижении напряжения в узле нагрузки компенсатор становится источником тока Ip и поэтому выдаваемая им реактивная мощность не уменьшается. [39] напряжения с ШИМ, создающий три синусоидальных модулирующих напряжения, образующих трехфазную систему. Управление транзисторами IGBT каждой фазы осуществляется независимо – путем наложения напряжения несущей частоты соответствующей синусоиды модулирующего напряжения. При этом в любой момент должен быть включен лишь один из двух транзисторов каждой фазы. В момент пересечения синусоидальных напряжений сети ua,b,c с пилообразным напряжением треугольной формы uШИМ (частота fШИМ 1 кГц) происходит формирование импульсов управления силовыми ключами. [64] Непременным условием нормальной работы преобразователя напряжения является поддержание постоянным напряжения Ed на конденсаторной батарее Cd.

Рисунок 2.15 - Схема устройства статической компенсации реактивной мощности Основными функциями таких компенсаторов, влияющих на отклонение напряжения в сети, являются:

- подавление колебаний напряжения в узле нагрузки за счет компенсации резкопеременной реактивной мощности Qн;

- регулирование напряжения в узле нагрузки путем изменения потоков реактивной мощности;

- устранение несимметрии напряжения, вызванной неравномерным распределением реактивной мощности по фазам;

- повышение устойчивости узла нагрузки благодаря тому, что при отклонении напряжения устройство работает в режиме источника тока независимо от напряжения в узле нагрузки. [33] компенсаторами заключается в более высокой эксплуатационной надежности.

При сравнении с тиристорно-реакторными устройствами компенсации, статический компенсатор снижает вероятность возникновения резонансных явлений, обусловленных наличием конденсаторных установок. Однако основным недостатком рассмотренного устройства статической компенсации реактивной мощности и отклонения напряжения является реакция только на реактивную составляющую тока нагрузки в процессе компенсации указанных параметров.

2.6 Динамический компенсатор искажений напряжения Одной из наиболее современных разработок в области компенсации отклонения напряжений является устройство динамической компенсации искажений напряжения (ДКИН), функциональная и структурная схемы которого представлены на рисунках 2.16 и 2.17 соответственно. [24] На рисунке 2.16 показаны: 1 – входной трансформатор; 2 – тиристорный управляемый выпрямитель; 3 –аккумулирующие конденсаторы; 4 – управляемый инвертор на базе ПУВ; 5 - вольтодобавочный трансформатор; 6 – фильтр высших гармонических составляющих напряжения; 7 – выключатели; 8 – защитное устройство ДКИН; 9 – байпасный выключатель; Uс – напряжение энергосистемы;

Uн – напряжение на нагрузке; UDр – положительное напряжение постоянного тока;

UDm – отрицательное напряжение постоянного тока; dUВ – напряжение компенсации отклонения.

Динамический компенсатор представляет собой преобразователь напряжения с пофазным управлением на базе полностью управляемых выпрямителей, который подключен к сети питания потребителя и через вольтодобавочный трансформатор перераспределяет мощности таким образом, чтобы добавка напряжения на вторичной обмотке полностью компенсировала отклонение напряжения. [24] Динамические компенсаторы искажения напряжения позволяют обеспечить синусоидальную форму выходного напряжения, компенсируя гармонические составляющие сети, при этом обладают высокой надежностью в виду отсутствия подвижных частей и механизмов, что обуславливает малые эксплуатационные затраты по сравнению с аналогичным оборудованием для компенсации искажений кривой напряжения на базе автотрансформаторов и устройств регулирования под нагрузкой. Время реакции на кратковременные нарушение электроснабжения у таких устройств составляет 1-2 мс. [24,25,41] Однако данному типу устройств присущ ряд недостатков:

- отсутствие блока синхронизации напряжения добавки с напряжением сети;

- отсутствие возможности компенсации провалов на протяженных линиях.

С учетом указанных недостатков, применение данного типа устройств в условиях предприятий нефтедобывающего комплекса должно быть обосновано и производиться в комплексе с другими техническими средствами регулирования уровня напряжения в системе.[19,20] 2.7 Параллельный активный фильтр Активные силовые фильтры могут быть отнесены к динамическим средствам регулирования напряжения и дают возможность устранить искажения в питающей трехфазной сети, вызванные нелинейными нагрузками промышленных предприятий, а так же компенсировать потребление реактивной мощности.

Основная идея активного фильтра заключается в выделении основной гармоники напряжения, являющейся опорным синусоидальным сигналом для системы управления. На основании опорного сигнала формируется заданный ток, который сравнивается с реальным током нелинейной нагрузки. Сигнал рассогласования используется для генерирования тока инвертором в питающую сеть, гармонических составляющих так, чтобы компенсировать гармонические составляющие, наведенные нелинейными нагрузками. Гармоники всех порядков компенсируются одновременно одним и тем же преобразователем. Фазовое рассогласование между током и напряжением является для фильтра искажением и так же компенсируется. Активные силовые фильтры могут быть включены последовательно или параллельно с сетью. Последовательное включение фильтра применяется в основном для высоковольтных приводов. [59] Структура параллельного активного фильтра (ПАВ) представлена на рисунке 2.18. ПАВ состоит из трех основных частей: силовой части, системы управления и накопительного элемента.

Силовая часть выполняется в виде реверсивного инвертора и выходного сглаживающего пассивного фильтра или реакторов.

Реверсивный инвертор выполняет две основных функции: генерирование компенсационного тока в сеть и заряд накопительного элемента Сф для поддержания на нем заданного значения напряжения. Таким образом, реверсивность инвертора заключается в возможности как генерирования, так и потребления энергии из сети. Реверсивный инвертор выполняется на базе IGBT транзисторов (k1, k2, … k6), которые шунтируются диодами, необходимыми для выпрямления переменного тока, потребляемого из сети, с целью заряда накопительного элемента.

Выходной фильтр выполняет функцию снижения пульсаций генерируемого в сеть тока. Инвертор работает в режиме ШИМ, и его выходной ток имеет пилообразную форму кривой, которую необходимо сглаживать выходным RLC фильтром. Выбор параметров последнего должен производиться с учетом наличия в компенсируемой сети индуктивностей и емкостей с целью предотвращения возникновения резонансных явлений. [51] В качестве накопительного элемента чаще всего выступает конденсатор, напряжение на обкладках которого приложено к реверсивному инвертору и через последний течет ток, форма кривой которого определяется режимом работы силовых ключей инвертора. Накопительных элементов может быть несколько:

конденсатор может быть подключен к обоим плечам моста инвертора, или по одному конденсатору на каждое плечо моста. Во втором случае конденсаторы соединяются параллельно, и эффективность работы инвертора улучшается:

снижается уровень пульсаций напряжения на выходе инвертора и генерируемого им в сеть тока, уменьшаются потери в силовых ключах в режиме синусоидальной ШИМ, повышается мощность ПАФ, снижаются габариты конденсаторов за счет снижения их единичной емкости. Иногда для специальных целей в качестве накопительного элемента выступает индуктивность.[51] В состав системы управления входит микропроцессор обработки данных или специальный программируемый контроллер, датчики тока и напряжения, формирователь импульсов, усилительное устройство для преобразования сигналов управления низкого уровня в управляющие сигналы силовых элементов инвертора. С точки зрения аппаратной реализации системы управления ПАФ наиболее предпочтительно использование программируемых контроллеров, позволяющих выполнять на своей основе алгоритмы работы различной сложности. [59] 2.8 Выводы к главе Во второй главе диссертационной работы рассмотрены вопросы, связанные с техническими средствами регулирования напряжения в электрических сетях и компенсации отклонения напряжения от нормированных значений. К основным результатам главы относятся:

1. Проведен анализ научно-технических проблем управления режимом напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий.

Установлено, что в настоящее время отсутствует научное обоснование метода нахождения рационального уровня напряжения, в условиях неопределенности входной информации о состоянии и электропотреблении в участках радиальномагистральных распределительных сетей электротехнического комплекса.

2. Проведен анализ технических средств компенсации отклонения напряжения и регулирования уровня напряжения. Выявлено, что в настоящее время отсутствуют структуры и алгоритмы управления, обеспечивающие определение, формирование и поддержание на рациональном уровне напряжения на шинах ГПП промышленных предприятий, при котором обеспечивается минимизация потерь электроэнергии, с учетом вероятностного характера изменения параметров, описывающих состояние электротехнического комплекса в произвольный момент времени.

3. Установлено, что наиболее эффективными, с точки зрения комплексного решения задачи компенсации отклонения, являются устройства, принцип работы которых основан на вольтодобавке. Однако в условиях функционирования современных электротехнических комплексов промышленных предприятий необходимо решить ряд вопросов по расширению функциональных возможностей данных устройств с учетом разнородности и разновременности нагрузки, регулирующих эффектов по напряжению, ее распределения вдоль питающей линии, а также наличия локальных устройств компенсации отклонения напряжения.

ГЛАВА 3 МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ И ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ НЕЧЕТКОЙ

ЛОГИКИ В ЗАДАЧЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

3.1 Методы расчетов и оптимизации режимов электрических систем Оптимальное управление нормальными режимами в электротехническом комплексе заключается в том, чтобы обеспечить надежное электроснабжение при условии соблюдения норм качества электрической энергии и минимальных эксплуатационных затратах за определенный отрезок времени. Критерием оптимизации может выступать минимум затрат на электрическую энергию. [13] Одним из возможных способов обеспечения оптимальности режима эксплуатации системы является оптимальное регулирование частоты и напряжения. Задача оптимизации режима электрической сети по напряжению состоит в определении установившегося режима электрической сети, при котором были бы выдержаны технические ограничения и потери активной мощности были бы минимальны. Установившийся режим описывается при помощи системы электроэнергетических систем возможен только итерационными методами.

Наиболее эффективно применение нелинейных уравнений узловых напряжений, которые следует решать методом Ньютона или Зейделя, а в случае плохой сходимости – по параметру. [36] При оптимизации должны учитываться ограничения по напряжению во всех узлах, по реактивным мощностям генерирующих источников, коэффициентам трансформации силовых трансформаторов, а так же по токам в контролируемых линиях. [21] Составление и расчет такой системы нелинейных уравнений, описывающих состояние электроэнергетического комплекса, является сложной математической задачей, особенно с учетом вероятностного изменения параметров системы.

Кроме того, ограниченные возможности вычислительной техники по быстродействию, накладывают определенные ограничения на применение указанных методов. При расчетах установившихся режимов систем большой сложности, необходимо применять методы экономии памяти вычислительного устройства и повышения быстродействия расчетов. Такие расчеты невозможны без учета слабой заполненности матриц, эквивалентирования, разделения на подсистемы, разделения уравнений и т.д. [35] электротехнического комплекса и, кроме того, ограниченность объема средств сбора и передачи данных в таких системах, ограниченность возможности вычислительной техники, удобным инструментом для решения задачи оптимизации режима напряжения является теория нечетких множеств.

Теория нечетких множеств хорошо подходит для решения задач оценки ситуации, управления и принятия решений в условиях неопределённости, в тех случаях, когда человеком не могут быть даны точные количественные оценки того или иного параметра, а также тогда, когда нахождение точного решения стандартными методами связано с большими временными, вычислительными затратами.

3.2 Задача рационализации режима напряжения при использовании теории нечетких множеств При рационализации режима напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий, идея заключается в том, что для реализации эффективного группового регулирования в электротехническом комплексе, необходимо выбрать присоединение, определяющее напряжение в системе.[46,52] Выбор определяющего режим напряжения присоединения не удается математической модели, которая бы описывала состояния всей системы электроснабжения и нагрузки в виду вероятностного характера параметров, описывающих состояние нагрузки и питающих линий. [52] применением методов теории нечеткой логики, оперирующей лингвистическими переменными. В данном случае производится обработка лингвистически сформулированных экспертных знаний на основании фаззи-технологий.

территориально рассредоточенных электроприемников горных предприятий»

[52] выявлено, что основными факторами, влияющие на величину целевой функции эффективности регулирования оказывают следующие параметры: длина линии, мощность нагрузки отдельных узлов и их распределение вдоль линии, регулирующие эффекты узлов нагрузки, а также величина ущерба, обусловленная ростом потерь активной мощности при отклонении напряжения от рационального уровня.

Поэтому возможно осуществить выбор определяющего присоединения, охарактеризовав каждую отходящую линию набором перечисленных выше лингвистических параметров, сформировав необходимый набор нечетких множеств, охарактеризованных соответствующими термами и функциями принадлежности. Однако необходимо дополнить нечеткую систему дополнительной лингвистической переменной, характеризующей наличие локальных устройств регулирования на отходящем присоединении. Это позволит обеспечить более рациональную работу устройства группового регулирования напряжения, повысить эффективность регулирования локальных устройств компенсации.

Решение задачи по выявлению определяющего присоединения в рамках теории нечетких множеств осуществлялось с использованием алгоритма Мамдани. Данный алгоритм является наиболее часто применяемым на практике, т.к. хорошо себя зарекомендовал в ряде задач управления в режиме реального времени и позволяет составить меньшее количество правил, нежели требуется при других способах создания базы правил. [42] Математически алгоритм Мамдани описывается следующей последовательностью шагов:

- приведение к нечеткости (фаззификация): находятся степени истинности для предпосылок каждого правила;

- нечеткий вывод: находятся уровни «отсечения» для предпосылок каждого из правил, затем находятся усеченные функции принадлежности;

- композиция: производится объединение найденных усеченных функций, что приводит к получению итогового нечеткого подмножества для переменной выхода с функцией принадлежности;

- приведение к четкости (дефаззификация).

напряжения На основании исследований о возможности применения теории нечетких множеств в задачах регулирования напряжения, при создании эффективного способа управления параметрами электрической сети, для описания системы (одномерные), в виду достаточной информативности представления таких множеств в данных задачах. [45] принадлежности. Для работы с такими функциями, принимающими непрерывные значения на отрезке [0,1], использовалась нечеткая логика, которая является одним из разделов теории нечетких множеств. Здесь X - множество (конечное или бесконечное), которое будет выступать как универсальное множество. Тогда подмножество А в X есть совокупность упорядоченных пар А={х,А(х)}, где А(х) функция, определяющая степень принадлежности элемента х к А; область ее значений лежит в интервале (А(х)/Х) [0,1]. [40] Различия между представлениями характеристической функции четких том, что четкие множества оперируют двумя отношениями к подмножеству принадлежит, или не принадлежит, характеристическая же функция в теории нечетких множеств может иметь размытые границы принадлежности.[40] Одномерное нечеткое подмножество определялось как совокупность упорядоченных пар {, ( )},. В работе использовались следующие эквивалентные способы представления нечетких множеств:

Здесь символы и понимаются как объединение.

При использовании вычислительных устройств непрерывная функция принадлежности представлялась в дискретной форме путем аппроксимации функции принадлежности треугольного типа ступенчатой функцией может быть записано в виде:

А*={(1;0), (1,25;0,25), (1,5;0,5), (1,75;0,75) (2;1), (2,25;0,75), (2,5;0,5), (2,75;0,25),(3;0)}.

Графическая интерпретация записи представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Нечеткое непрерывное подмножество А и его аппроксимация А* Нечеткое множество с одномерной функцией принадлежности принято называть нечетким множеством первого рода.

Учитывая вышеизложенную информацию, предлагается охарактеризовать режим отходящих присоединений совокупностью шестью параметров:

мощностью нагрузки (S), протяженностью линии (L), зависимостью активной мощности от уровня напряжения P(U), распределением нагрузки вдоль линии R(L), категория энергообъекта по ущербу от отклонения напряжения от рационального уровня (К), наличием локальных установок регулирования напряжения (С). Для каждой отходящей линии режим напряжения описывается пятью термами: режим очень тяжелый (ОТ), режим тяжелый (Т), режим средний (СР), режим легкий (Л), режим очень легкий (ОЛ).

Интервал варьирования мощности нагрузки и длины линии задан с помощью пяти термов (0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 в о.е.). За базис мощности принимается максимальная мощность из всей совокупности электроприемников.

За базис длины принимается максимальная длина до энергообъекта. Мощность нагрузки отходящих линий поступает от первичных датчиков тока и напряжения, входящих в состав существующей системы управления или размещенных в точке контроля. Информация о длине всех контролируемых линий заносится в базу данных. Функция принадлежности длинны линии (L) и мощности нагрузки (S) представлены соответственно на рисунке 3.2 а и б.

Рисунок 3.2 - Функции принадлежности а) длины линии, б) мощности Распределение нагрузки вдоль линии представлено тремя термами (R(L)):

нагрузка сосредоточена в начале линии (B), распределена вдоль линии (SP), сосредоточена в конце (E) (рисунок 3.3б). При составлении логического вывода необходимо учитывать, что при изменении конфигурации линии и нагрузочных узлов, и вариации напряжения в центре питания режим напряжения электроприемников, размещенных вдоль линии существенно изменяется.

Терм-множество зависимости электрической нагрузки от уровня напряжения Р(U) состоит из трех отдельных термов: сильная (L), средняя (AV), слабая (S) и представлено на рисунок 3.3а. Значения регулирующего эффекта нагрузки вблизи режима с номинальным напряжением Рисунок 3.3 - Функции принадлежности а) зависимости нагрузки от уровня Категория энергообъекта по ущербу от отклонения напряжения от рационального уровня (К) присваивается каждому потребителю при анализе энергопотребителей и создании БД. Для каждого электроприемника или узла нагрузки устанавливаются уровень напряжения, при котором обеспечивается рациональный режим работы, т.е. минимум потерь активной мощности при его устойчивой работе в зависимости от коэффициента загрузки данного электроприемника и оценивается ущерб от отклонения напряжения от рационального. Для установления зависимости между появлением ущерба и уровнем напряжения у энергообъекта определяются данные экономического ущерба по линиям и соответствующие им уровни напряжения. Всю зону ущербов можно разделить на три терма и каждой присвоить свою категорию: большой (L), средний (AV), малый (S). Функция принадлежности К представлена на рисунке 3.4a.

Терм-множество характеризующие наличие локальных источников регулирования (C) состоит из трех отдельных термов: отсутствуют (N), осуществляют регулирование некоторых потребителей (S), регулирование напряжения для совокупности всех электроприемников (F), и представлено на рисунке 3.4б.

Рисунок 3.4 - Функция принадлежности а) категория электроприемника по ущербу, б) наличие локальных средств регулирования 3.4 Формирование базы правил и приведение к нечеткости База правил сформирована на основании нечетких предложений (fuzzy proposition), которые определяются как высказывания типа "р: x есть А". Здесь символ "х" обозначает некоторую физическую величину (параметр), например напряжение, мощность. Символ "А" обозначает лингвистическую переменную, ассоциируемую с нечетким множеством, а символ "р" является аббревиатурой proposition - предложение. Примером такого предложения может быть высказывание "уровень напряжения есть высокий". Физической переменной "х" здесь является " уровень напряжения", нечеткое множество "А" характеризуется лингвистической переменной "высокий" и задается с помощью функции принадлежности универсального множества "Х" и соответствующих им уровней принадлежности множеству "А". [49] Нечеткие предложения скомбинированы между собой связками "И", "ИЛИ" которые реализованы посредством Т- и S- норм соответственно, не имеющих избыточности.

Предложение "р", представлялось как нечеткое отношение "Р" с функцией принадлежности:

Нечеткие предложения, соединенные нечетким "И", охарактеризовывались как условия или предпосылки, и для них использовался индикатор "Если":

Если р11: х1=А11 и р12:х2=А12 и… Если р12: х2=А21 и р22:х2=А22 и… Совокупность условий определяет совокупность выводов или заключений, для их обозначения использовался индикатор ''Тогда". Совокупность условий и выводов определяло продукционное нечеткое правило (fuzzy rule):

R1:если х1=А11 и х2=А12…, тогда у1=В11 и у2=В12 и… Символ Ri - является аббревиатурой rule - правило. Совокупность нечетких продукционных правил образовали нечеткую базу правил. Для такой базы правил должны были быть справедливы следующие свойства:

- непрерывность;

- непротиворечивость;

При разработке алгоритма нечеткого управления режимом напряжения в виде базы правил, обязательным этапом анализа алгоритма является проверка соответствующей базы правил на непрерывность, непротиворечивость и полноту, что дало возможность приступить к физической реализации алгоритма управления. [49] При формировании базы правил для решения задачи по нахождению определяющего режим напряжения присоединения, общий вид правила с применением необходимых логических операций И, ИЛИ имеет вид: первая часть правила представляет собой высказывание о нечетком (лингвистическом) значении входных параметров, характеризующих режим напряжения в i-той линии (S, L, K, С, P(U) и R(L)), вторая часть правила – высказывание о соответствующей степени тяжести режима (режим очень тяжелый (ОТ), режим тяжелый (Т), режим средний (СР), режим легкий (Л), режим очень легкий (ОЛ)).

Например: «ЕСЛИ мощность электроприемника (S) очень большая (VL) И длина линии (L) очень большая (VL), И категория энергообъекта по ущербу от отклонения напряжения от рационального уровня (К) большая (L), И зависимости электрической нагрузки от уровня напряжения (Р(U)) большая (L), И нагрузка сосредоточена в начале линии (B), И отсутствуют локальные устройства регулирования (N), ТО принимается решение, что режим ОТ.

С помощью функций принадлежности, определенных для входных переменных, вычисляются их фактические значения для каждой линии (Si), (Li), (Ui(P)), (Ri(L)), (Ki), (Ci), и определяется степень уверенности для каждой предпосылки правила относительно всех лингвистических термов. Далее устанавливается механизм переработки фаззи-информации – выполнение логических операций в предусловиях.

3.5 Нечеткий вывод осуществлялось определение уровней «отсечения» для предпосылок каждого из правил с использованием операции min, затем, в соответствии с полученными уровнями определялись усеченные функции принадлежности лингвистических переменных. Операция min является одним из способов задания операции "И" и представляет логическое произведение.

Применение операции "И" обосновано тем, что для решения задачи по нахождению определяющего присоединения необходимо рассматривать всю совокупность параметров режима.

Нечетким расширением операции "И" в общей форме является Т или триангулярная норма, которая в теории нечетких множеств обозначается символом (Т). Другим названием T - нормы является S - конорма.

Эта операция определяется как отображение:

При использовании триангулярной нормы (Т) в работе учитывались следующие аксиомы:

Эти аксиомы называются аксиомами граничных условий Т-нормы. В теории нечетких множеств существует бесконечное число способов задания операции (Т), удовлетворяющих аксиомам. В теории нечеткого управления находят применение следующие их типы: логическое произведение (Л. Заде, 1973г.), алгебраическое произведение (Бандлер и Кохоут, 1980г.), граничное произведение (Лукасевич, Гилес, 1976) и сильное произведение (Вебер, 1983). В теории нечетких множеств показано, что все операции "И" располагаются между логическим и сильным произведением. [40] Геометрическая интерпретация указанных представлений изображена на рисунке 3.3.

При использовании операции логического произведения использовалось следующее равенство (Л. Заде, 1973г.) [31]:

Рисунок 3.3 - Логическое (), алгебраическое (), граничное () и сильное () С учетом вышеизложенного, для нахождения функции принадлежности l(L, S, P(U), R(L), С), характеризующей первое правило нечеткого условного логического вывода используется логическое произведение:

l(Si; Li; Ki; Ci; Pi(U); Ri(L))=min{j1(Li); j1(S); j1(K); j1(C); j1(P(U)j);

3.6 Процедура композиции На этапе композиции по алгоритму Мамдани осуществлялось объединение найденных усеченных функций, что позволило получить итоговое нечеткое принадлежности.

Процедура композиции в работе осуществлялась за счет использования операции "ИЛИ" и ее представлении в виде логической суммы по Л.Заде. [31] Нечетким расширением операции "ИЛИ" в общем виде является S-норма, которая обозначается символом (S). Иногда для нее используется название Т-конорма.

Эта операция представляется как отображение:

При процедуре композиции принимались во внимание следующие аксиомы:

Cравнение аксиом для Т- нормы с аксиомами для S-нормы показывает, что различие между ними состоит только в аксиомах граничных условий.

В теории нечеткого управления находят применение следующие типы операций (S), удовлетворяющие аксиомам (3.19)-(3.23): логическая сумма (Л.

Заде, 1973г.), алгебраическая сумма (Бандлер и Кохоут, 1980г.), граничная сумма (Лукасевич, Гилес, 1976), сильная сумма (Вебер, 1983). Существует множество других способов реализации нечеткой операции "ИЛИ", и в теории нечетких множеств показано, что все операции "ИЛИ" располагаются между логической и сильной суммой. [40] Геометрическая интерпретация указанных представлений изображена на рисунке 3.4.

Логическая сумма по Л. Заде [31]:

Рисунок 3.4 - Логическая (), алгебраическая (+), граничная () и сильная () В процессе решения задачи по нахождению определяющего присоединения, результирующая функция принадлежности l(Si; Li; Ki; Ci; Pi(U); Ri(L)), которая характеризует всю совокупность l-ых правил для i-той линии, соединенных собой союзом ИЛИ, определяется как максимум среди всех функций принадлежности:

r(Si; Li; Ki; Ci; Pi(U); Ri(L))=max{l(Si; Li; Ki; Ci; Pi (U); Ri(L))} (3.18) Каждой i-той линии (Лi) в соответствии с определенным логическим правилом присваивается степень тяжести режима (Тj1).

распределительной сети (Лv), по максимальной из определенных результирующих степеней принадлежности:

3.7 Приведение к четкости 3.7.1 Агрегация локальных выводов При процедуре агрегации в работе производилось объединение локальных выводов Bi, полученных по каждому правилу Ri, в один общий вывод В, который характеризует в целом базу правил.

Решение этой задачи осуществлялось в несколько подходов.

В первом происходит получение сначала выводов Bi по каждому правилу, и далее в комбинирование этих выводов по определенным алгоритмам в один общий вывод В.

Во втором происходит сначала комбинирование всех правил Ri, и затем получение вывода по этой комбинации, который принимается за общий вывод В базы правил.

3.7.2 Дефаззификация В процессе дефаззификации, являющимся конечным этапом нечеткого логического вывода, осуществлялось преобразование нечеткого общего вывода В в физическую переменную. Для ее выполнения при решении поставленной задачи выявления определяющего присоединения применялся метод центра тяжести, использующий усреднение [61]:

где Z – координаты центра тяжести.

3.8 Формы представления нечетких множеств для вычислительной При компьютерной реализации управляющей системы база правил формировалась в виде данных о структурах и операциях над ними. Нечеткие множества представлялись в двух формах: функциональном и парном представлении.

3.8.1 Функциональное представление нечетких множеств Функциональный тип представления классифицировался как непрерывный, и характеризовался функциональной зависимостью f(х):

При описании функционального представления дискретным способом использовался вариант векторного представления, который является дискретной аппроксимацией непрерывной области в виде парного представления с равноточной дискретной областью. Название такого вида представления связано с тем, что значения принадлежности в памяти компьютера запоминаются как вектор. [55] Следует отметить, что при функциональном представлении возникают затруднения осуществления операций с нечеткими множествами других типов, например, с дискретными. При функциональном представлении удобно работать с компьютером, оперирующим с символьными переменными. Но во многих случаях результат не может быть представлен в символьной форме в виде функциональной зависимости. Таким образом, при микропроцессорном решении практических задач необходима дискретизация непрерывной области. [55] 3.8.2 Парное представление нечетких множеств при микропроцессорном решении задачи регулирования При компьютерной реализации парное представление определялось в виде нечетких пар, совокупностью представляющих область определения функции принадлежности:

где – дискретные значения аргумента; - дискретные значения фукции.

Таким представлением описывались дискретные нечеткие множества. На практике данный способ реализовался точечным способом. При этом шаг дискретизации не обязательно мог представляться эквидистантным.

Промежуточные значения получались методом линейной интерполяции. Данный способ представления имеет преимущество перед векторным представлением, так как отсутствуют ограничения, связанные с эквидистантной дискретизацией.

Точечный способ решения задач часто используется в программном обеспечении компьютера, так как позволяет решать задачи с использованием нечеткого управления. Так, например, треугольная функция принадлежности задавалась тремя точками, а все остальные получались путем интерполяции. [49] Практика показала, что при компьютерной реализации чаще всего используется именно парное представление, а функциональное - лишь для компьютеров, имеющих символьную форму операций, что требует, соответственно, большего времени на вычисления. [49] 3.9 Применение нечеткой логики в задачах микропроцессорного управления В настоящее время актуальным является вопрос быстродействия вычислительной техники в задачах управления режимами напряжения, так как формализация таких задач сопряжена с решением систем интегральнодифференциальных уравнений. Как уже было сказано, существует подход к использованию человеческого опыта или послеопытной достоверной информации к управлению объектами, что реализуется при помощи нечеткой логики в структуре управления объектом. В настоящее время, аппарат нечеткого логического управления может поддерживаться системой как программно, так и аппаратно. [30] В общем случае, информация проходит три стадии обработки:

- преобразование входной физической переменной в нечеткое множество процедура фаззификация;

- логическая обработка нечетких переменных (композиция, импликация) базы правил контроллера, получение локального и общего вывода из базы правил в виде нечеткого множества;

- преобразование нечеткого множества в физическую переменную процедура дефаззификации.

Поэтому, блочную схему нечёткого регулятора можно представить состоящей из трёх основных блоков, что проиллюстрировано на рисунке 3.5.

3.10 Выводы к главе В третьей главе диссертационной работы рассмотрены вопросы применения методов теории нечеткой логики при решении задач по оптимизации режимов напряжения. На основании приведенных в данной главе теоретических сведений можно сделать следующие выводы:

1. Обосновано применение методов нечеткой логики для выявления определяющего присоединения в системе электроснабжения с учетом стохастического характера изменения параметров, характеризующих состояние электротехнического комплекса.

2. Сформированы лингвистические переменные, характеризующие отходящие присоединения в системе электроснабжения и позволяющие учесть состав нагрузки, ее распределение вдоль питающих линий, протяженность отходящих присоединений, регулирующие эффекты по напряжению и наличие локальных устройств регулирования напряжения. Для каждой лингвистической переменной задан набор термов и определены функции принадлежности.

3. Разработана процедура нечеткого логического вывода в соответствии с алгоритмом Мамдани, для которой определены способы вывода, композиции, агрегации и дефаззификации, с учетом специфики задачи регулирования напряжения в электротехнических комплексах.

4. Составлена база правил, характеризующая отношения лингвистических переменных по каждому присоединению к выходной переменной на основе экспертной оценки состояния электротехнического комплекса в произвольный момент времени.

5. Определен способ формализации нечетких множеств на основе парного представления для реализации компьютерной модели и физической экспериментальной установки, оснащенной микропроцессорной системой управления.

ГЛАВА 4 АЛГОРИТМ И УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 Задачи регулирования Основной задачей при регулировании уровня напряжения является необходимость учитывать совокупность фактических параметров сети, характеризующих режим напряжения. При этом, основной проблемой при обеспечении рационального режима напряжения посредством автоматического изменения коэффициента трансформации будет являться создание системы управления, алгоритма управления и выбор правильных уставок срабатывания устройства РПН.



Pages:   || 2 |


Похожие работы:

«ГОРБИК Владислав Сергеевич СТРУКТУРА И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ МАКСИМАЛЬНОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ПО КОНТУРУ ТОКА (МОМЕНТА) ДЛЯ ГОРНЫХ МАШИН Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы ДИССЕРТАЦИЯ на...»

«Белоусов Евгений Викторович УДК 62-83::621.313.3 ЭЛЕКТРОПРИВОД МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ с СИНХРОННОЙ РЕАКТИВНОЙ МАШИНОЙ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ Специальность 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы” Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук Григорьев М.А. Челябинск – ОГЛАВЛЕНИЕ...»

«КОРОВЧЕНКО ПАВЕЛ ВЛАДИСЛАВОВИЧ РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ЭКВИВАЛЕНТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПРЕДПРИЯТИЯ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени...»

«Масликов Павел Александрович ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОЙ ФАЗЫ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ВНУТРИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТЕЛ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ Специальность: 05.09.10– Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель –...»

«РАДЬКО Сергей Иванович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРОВОДЯНОГО ПЛАЗМОТРОНА Специальность: 05.09.10 – Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук,...»

«ДЖАБОРОВ МЕХРУБОН МАХМАДКУЛОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ Специальность: 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени Кандидат технических наук Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Н....»

«БЫСТРОВ АЛЕКСЕЙ ВАДИМОВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА СИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ ОДНОЖИЛЬНЫХ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НА НАПРЯЖЕНИЕ 6-500 КВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Хевсуриани И.М. Москва СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1...»

«Махалин Александр Николаевич ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук НАУЧНЫЙ...»

«ДИЁРОВ РУСТАМ ХАКИМАЛИЕВИЧ ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ГИДРОАГРЕГАТА МИНИ-ГЭС НА ОСНОВЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – к.т.н., доцент...»

«Белоусов Евгений Викторович УДК 62-83::621.313.3 ЭЛЕКТРОПРИВОД МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ Специальность 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы” Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук Григорьев М.А. Челябинск – 201 ОГЛАВЛЕНИЕ Оглавление Введение Глава 1. Анализ работы стана ХПТ...»

«Михалев Сергей Владимирович СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 6-10кВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : д.т.н., профессор...»

«Фризен Василий Эдуардович ИНДУКЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИННОВАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ Специальность 05.09.10 Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор Сарапулов Федор Никитич Екатеринбург 2014 Оглавление Перечень встречающихся сокращений 5 Введение 1. Аналитический обзор...»







 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.