авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка геометрических оценок качества электромагнитных процессов в электрических цепях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МАРЕЕВА Ольга Алексеевна

Разработка геометрических оценок качества электромагнитных процессов в электрических цепях

Специальность 05.09.05 - Теоретическая электротехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена на кафедре «Теоретические основы электротехники» в Московской энергетическом институте (техническом университете).

Научный руководитель: чл.-корр. РАН, доктор

технических наук, профессор

Бутырин Павел Анфимович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Коровкин Николай Владимирович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Карташев Илья Ильич

Ведущая организация: Филиал ОАО «НТЦ электроэнергетики» ВНИИЭ

Защита состоится 2 ноября 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.157.13 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, ауд. З-505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просьба направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «_____» сентября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.13

к.т.н., доцент М. К. Чобану

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При исследовании процессов производства, передачи и преобразования энергии электромагнитного поля важнейшая роль отводится вопросам качества этих процессов. В наибольшей степени эти вопросы изучены применительно к электрическим цепям, процессы в которых принято подразделять на установившиеся и переходные.

Применительно к установившимся процессам вопросам качества особое внимание уделяется в электроэнергетике, что нашло отражение в Гражданском кодексе Российской Федерации, Федеральном законе «Об электроэнергетике», государственном стандарте ГОСТ 13109-97 и многих других директивных документах, в частности касающихся проблем электромагнитной совместимости. Не только эти документы, но и развиваемые в электроэнергетике подходы к оценке качества электромагнитных процессов (в электроэнергетике употребляют термин «качество электроэнергии») носят конкретно регламентирующий характер1 и касаются преимущественно процессов, близких к синусоидально изменяющимся или постоянным во времени.

Следует, однако, отметить, что в электроэнергетике и электротехнике оценки установившихся процессов не позволяют глубоко охарактеризовать все расширяющееся многообразие последних, а используемый для получения этих оценок гармонический анализ является не вполне эффективным инструментом описания процессов в вентильных цепях (из-за явления Гиббса), а также процессов непериодической, в частности, хаотической природы. В этой связи представляется актуальным дальнейшее развитие системы оценок качества установившихся процессов электрических цепей и, прежде всего — основанных на выделении инварианта, несвязанного с гармоническим анализом. Поскольку понятие качества процессов всегда связывается с их формой, то подобный инвариант и новые оценки качества целесообразно описывать в геометрических категориях.



Понятие качества переходных процессов в современную теорию динамических систем, электротехнических в частности, пришло из теории автоматического регулирования и наиболее проработано для линейных и слабо нелинейных систем2. Для его характеристики используются временные, частотные и корневые оценки качества процессов, более адекватные задачам управления и регулирования, но использующиеся также и при исследовании явлений, возникающих при переходных процессах. Следует отметить, что в последние десятилетия интерес к качеству переходных процессов электрических цепей простимулирован глубокими результатами, полученными в научной школе академика К.С. Демирчяна, по исследованию явления жесткости, отраженными в работах Ю.В. Ракитского, С.М. Устинова, И.Г. Черноруцкого, П.А. Бутырина, Н.В. Коровкина. В этой связи весьма актуальным становится развитие оценок качества переходных процессов, подчиненных не только целям управления и регулирования, но и целям классификации и исследованию явлений и цепей. Использование в этих оценках геометрических категорий позволяет не только качественно охарактеризовать картину переходных процессов, гораздо более богатую, нежели картина установившихся процессов, но и визуализировать эти оценки. Последнее отметим особо: все существующие оценки качества как установившихся, так и переходных процессов в электрических цепях были введены до массового распространения персональных компьютеров с их исключительными возможностями по геометрической визуализации результатов исследований. Новые оценки качества процессов изначально имеет смысл создавать с учетом этих возможностей.

В диссертации разрабатываются оценки качества электромагнитных процессов в электрических цепях, расширяющие существующие возможности описания этого качества, использующие геометрические категории и ориентированные на их компьютерную визуализацию.

Целью работы является разработка, исследование и визуализация оценок качества электромагнитных процессов в электрических цепях, выраженных в геометрических категориях.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

  • исследование геометрического содержания существующих оценок качества установившихся и переходных процессов в электрических цепях;
  • выявление универсального геометрического инварианта представления установившихся процессов электрических цепей, дающего эффективную оценку качества этих процессов;
  • разработка, исследование и визуализация геометрических оценок качества установившихся процессов в электрических цепях;
  • исследование геометрического содержания существующих оценок качества переходных процессов в электрических цепях;
  • разработка, исследование, визуализация и применение геометрических оценок качества переходных процессов в электрических цепях.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы теории электрических цепей, математического анализа, дифференциальной геометрии, аналитической геометрии и компьютерного моделирования.

Научная новизна основных результатов диссертационной работы состоит в следующем:

  • обоснована целесообразность использования лепестковой диаграммы для визуализации процесса контроля качества электромагнитных процессов на соответствие предъявляемым к ним требованиям;
  • введен универсальный геометрический инвариант в виде отношения длины траектории представленного процесса в полярных координатах к корню квадратному из ее площади и обоснована целесообразность использования этого инварианта в качестве новой оценки качества установившихся процессов в электротехнике;
  • исследованы возможности использования введенного инварианта для оценки качества установившихся процессов в электрических цепях разных классов – вентильных, трехфазных и т.п.;
  • разработаны геометрические оценки качества переходных процессов в электрических цепях, а также тополого-геометрические методы для пространственно-временного расщепления схем, идентификации их параметров, оценки чувствительности процессов к возмущению параметров схем применительно к цепям с жесткими математическими моделями.

Конкретное личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации.

Основные результаты диссертационной работы получены автором, научному руководителю, П.А. Бутырину, принадлежит постановка соответствующих задач.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

использованием классических положений теоретической электротехники и математики, корректностью выполнения всех теоретических построений, апробацией полученных результатов на многочисленных примерах.

Практическая значимость основных результатов диссертационной работы.

Материалы отдельных глав диссертации использовались в научно-исследовательских работах по договору: «Поисковые исследования по разработке методов контроля показателей качества электрической энергии, технического состояния и функциональной готовности систем электроснабжения военной техники в условиях воздействия дестабилизирующих факторов» (гос. рег. № 1603703), а также в работах по грантам РФФИ № 00-15-96556, 05-08-014809, 06-08-08223 и Президента РФ НШ-1511.2003.8; материалы диссертации используются в практике преподавания электротехники (см. учебное пособие «Электротехника» в 3-х книгах, книга 1, изданная коллективом авторов из МЭИ и Южно-Уральского государственного университета под редакцией П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина и А.Л. Шестакова, 2003г.)

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

  • международной научно-практической конференции «Теоретические и практические проблемы развития электроэнергетики России» (Санкт-Петербург, 2002);
  • VIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических вузах» (Санкт-Петербург, 2004);
  • Всероссийском электротехническом конгрессе (ВЭЛК-2005) (Москва, 2005);
  • VI MSKAE 2005 – VI Среднеевропейской научно-технической конференции «Компьютерные методы и системы в автоматике и электротехнике» (Польша, Ченстохова, 2005);
  • двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006);
  • а также на заседаниях кафедры ТОЭ МЭИ и на семинаре, посвященном качеству электроэнергии (2002год) на кафедре ЭиЭА МЭИ.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 13 печатных работах, в том числе 4 – в журналах из перечня ВАК, из них 3 – в академических журналах «Электричество» и «Известия РАН. Энергетика».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, содержащего 67 наименований и 3 приложения. Текстовая часть изложена на 112 страницах содержательной части (рисунков 38, таблиц 5) и 28 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, дается общая характеристика работы, формулируются цели и задачи исследований.

Первая глава посвящена геометрическим образам и категориям в интегральных оценках установившихся процессов в электрических цепях.

Для количественной оценки установившихся процессов в электрических цепях используются два класса показателей – показатели, интегрально характеризующие интенсивность электромагнитных процессов, и показатели, интегрально характеризующие их качество.

К первому из выделенных классов показателей интенсивности процессов можно отнести действующие и средние значения токов и напряжений. Ко второму классу показателей – показатели качества электрической энергии. Вся эта группа показателей характеризует отличия реальных форм напряжения цепей от его оптимальных форм для целей генерации, передачи и распределения энергии электромагнитного поля.

Большинство оценок качества и интенсивности электромагнитных процессов основано на вычислении разного рода интегралов.

С геометрической точки зрения – все это площади криволинейных трапеций или иных фигур, соответствующих подынтегральным функциям, необязательно заданным во временной плоскости. Подобные показатели достаточно наглядны, но главное – достаточно просто рассчитываются как при аналитическом, так и численном описании процессов. Площадь соответствующей траектории заведомо конечна (ограничена полем чертежа, на котором изображена траектория), операция же интегрирования – корректна в вычислительном отношении, сводится к суммированию элементарно вычисляемых площадей предельно малых областей.





Проведенный анализ возможностей выражения интегральных оценок установившихся процессов в электрических цепях в геометрических категориях показывает, что практически все эти оценки могут быть выражены через геометрические категории и, прежде всего – через площади различных фигур, отображающих траектории электромагнитных процессов на плоскости.

Большинству интегральных оценок этих процессов и, в первую очередь, оценок их интенсивности, можно поставить в соответствие и весьма наглядные геометрические образы – криволинейные трапеции и иные фигуры, что важно для компьютерной визуализации интегральных оценок рассматриваемых процессов.

В соответствии с РД 153-34.0-15.501-00 результаты контроля показателей качества электроэнергии (ПКЭ) на соответствие требованиям ГОСТ 13109-97 должны оформляться в виде «Протокола испытаний (контроля) электрической энергии по показателям качества». Протокол позволяет сделать заключение о соответствии ПКЭ предъявляемым в точке контроля требованиям на основании сравнения измеренным значений с нормативными.

Для визуализации существующих ПКЭ с одновременным контролем за их соответствием, установленным нормам предлагается отображать их виде лепестковой диаграммы, тем более, что она гораздо лучше и оперативнее воспринимается оператором, т.к. создан геометрический образ значений различных категорий данных. Согласно исследованиям Труфтэ и Уильямсона, Паркера, Кендрика, использование лепестковой диаграммы является одним из самых простых и наглядных способов отображения количественной информации на плоскости. Особо следует заметить, что на лепестковой диаграмме возможно одновременное отображение параметров, имеющих различные единицы измерения и даже порядок значений, поскольку каждая ось имеет свой масштаб данных.

В качестве примера построения такой диаграммы на рисунке 1 представлена лепестковая диаграмма, соответствующая таблице 1, для сети 0,38кВ, форма колебаний напряжения отличается от меандра. За единицу (100%) принято предельно-допустимое по ГОСТ 13109-97 или номинальное значение.

Цветность диаграммы значительно повышает ее информативность, поскольку наглядно фиксируется попадание значений контролируемого ПКЭ в заданный диапазон, отклонение от номинального значения, превышение нормально- и предельно-допустимых значений по ГОСТ 13109-97. Черно-белая лепестковая диаграмма (рисунок 1) в целом не теряет своей информативности и интегральности, поскольку отсутствие цвета можно компенсировать применение различного рода штриховок и линий различной толщины и типа (сплошная, пунктирная и т.д.).

Таблица 1.

№ п/п ПКЭ, ед. изм. Измеренное значение НД по ГОСТ ПД по ГОСТ или ном.
1 2 3 4 5
1. KU,% 5,5 8 12
2. ,% 2,7 2 4
3. ,% 4,5 2 4
4. 0,1 1,38
5. 0,2 1,0
6. Uимп, кВ 0,4 0,38
7. tп, с 10 30
8. KперU 1,47 1,3
 Пример использования-4

Рисунок 1. Пример использования лепестковой диаграммы для анализа результатов контроля качества электромагнитных процессов.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.