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 | 4 | 5 |

Методы, модели и устройства статистического исследования случайных процессов в электрических сетях систем электроснабжения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Ермаков Владимир Филиппович

МЕТОДЫ, МОДЕЛИ И УСТРОЙСТВА

СТАТИСТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.14.02 Электростанции и электроэнергетические системы

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени доктора технических наук

НОВОЧЕРКАССК 2009

Работа выполнена на кафедре "Электроснабжение промышленных

предприятий и городов" ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный

технический университет" (Новочеркасский политехнический институт)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ксенз Николай Васильевич,

доктор технических наук, профессор

Салтыков Валентин Михайлович,

доктор технических наук, профессор

Тропин Владимир Валентинович,

Ведущая организация: ОАО Всероссийский научно-исследовательский институт

электроэнергетики (ВНИИЭ)

Защита диссертации состоится "25" декабря 2009 г. в 10 часов в 107 ауд. главного корпуса на заседании диссертационного Совета Д 212.304.01 Южно-Российского государственного технического университета по адресу:

346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета.

Автореферат разослан " " 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

Д 212.304.01,

доктор технических наук, доцент Колпахчьян П.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экспериментальные исследования показывают, что требования ГОСТ 13109-97 на качество электроэнергии часто не выполняются. Это приводит к перерасходу электроэнергии на 10-15% и материальному ущербу из-за отказов электрооборудования (ЭО).

В связи с несовершенством существующих методов расчета электрических нагрузок реальная загрузка трансформаторов на предприятиях составляет всего 25 – 30 %, что приводит к неоправданному перерасходу стали и обмоточных материалов.

Наибольшие сложности возникают при исследовании резкопеременных про-цессов изменения напряжения сети и тока (мощности) нагрузки. Случайный харак-тер указанных величин требует применения статистических методов и использова-ния специализированной аппаратуры для автоматизации исследований. Однако существующие методы и средства определения параметров резкопеременных процессов недостаточно точны и оперативны.

Требования к повышению качества электроэнергии обусловлены распростра-нением сложного электронного оборудования, АСУ ТП, роботов, вычислительной техники, станков с числовым программным управлением, чувствительных к изме-нениям напряжения питающих сетей. Внедрение в производство мощных прокат-ных станов, дуговых сталеплавильных печей большой мощности, прессов, свароч-ных машин и другой резкопеременной нагрузки существенно ухудшает качество электроэнергии.



Организация совместной работы указанных электроприемников (ЭП) требует оперативного контроля показателей качества электроэнергии (ПКЭ) и исследо-вании их влияния на работу сетей и ЭО с целью выбора наиболее эффективных мероприятий по регулированию напряжения.

В связи с изложенным является актуальным решение двух проблем: создания методов и средств оперативного контроля ПКЭ, а также оценки влияния резкопеременных ПКЭ на ЭО.

Из-за несовершенства существующих методов расчета электрических нагру-зок силовые трансформаторы, кабели и другие токоведущие элементы (ТЭ) систем электроснабжения (СЭС) выбираются со значительным запасом. Повышение за-грузки трансформаторов всего на 1% в масштабах страны позволило бы отказаться от продукции целого трансформаторного завода, а эффект от такого мероприятия составил бы сотни миллионов рублей.

Существующая методика получения экспериментальных данных об электрических нагрузках и их обработки устарели; эти данные также приводят к завышению расчетной нагрузки. Поэтому актуальной является проблема как накопления новой информации о параметрах электрической нагрузки, так и проведения обследования нагрузок по новой методологии.

Эффективное исследование случайных процессов изменения различных фи-зических величин в СЭС возможно с применением методов моделирования, кото-рые начали развиваться в энергетике в конце сороковых годов. Применение теории моделирования позволяет решать задачи исследования процессов изменения пара-метров режимов в СЭС путем построения систем автоматизированного проектиро-вания (САПР), автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) и испытания и контроля объектов (АСКИО). Такой подход при решении обычно позволяяет существенно снизить трудозатраты и время получения нужных резуль-татов, а в некоторых случаях оказывается единственно возможным.

Поэтому решение проблемы моделирования в реальном масштабе времени резкопеременных процессов изменения тока, мощности нагрузки, напряжения сети приобретает особую актуальность.

Актуальность диссертационной работы также подтверждается уровнем научно-исследовательских работ (НИР), выполненных по теме диссертационной работы в соответствии с планом экономического и социального развития РСФСР на 1982 г., утвержденным Постановлением СМ РСФСР № 606 от 9.11.81 г., планом комплекс-ной научно-технической программы (КНТП) ГКНТ СМ СССР ОЦ.003 (этап И2 за-дания 03 подпрограммы 0.01.13.Ц), утвержденным Постановлением ГКНТ Госпла-на СССР № 473/249 от 12.12.80 г., планом КНТП Госстандарта СССР 1012.02.86 (задания 01.01.08 и 01.01.09 раздела 01), утвержденным Постановлением Госстан-дарта СССР № 147 от 28.11.85 г., отраслевыми планами НИР Минэнерго СССР на 1982 год (позиция 13/02069) и 1984 г. (позиция 36/02117), планом КНТП Минвуза СССР «Потери энергии и их компенсация», утвержденным приказом Минвуза СССР № 443 от 28.04.80 г., планом региональной КНТП «Дон» на 1997 – 2000 гг. (Развитие народного хозяйства Ростовской области вузовской наукой).

Работа выполнялась в соответствии с планом НИР ЮРГТУ (НПИ) как раздел научного направления «Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов и повышение эффективности работы электроэнергетических систем», утвержденного Минвузом РСФСР 22.04.86 г., в рамках раздела «Теория вероятностей и математическая статистика» перечня № 2727п-П8 в области приоритетных направлений фундаментальных исследований, а также раздела «Системы математического моделирования» перечня № 2728п-П8 в области критических технологий федерального уровня, утвержденного Правительственной комиссией по научно-технической политике России 21 июля 1996 г.

Значительный вклад в обоснование актуальности, постановку и решение ряда задач развиваемого автором научного направления внесли такие ученые как Азарь-ев Д.И., Астахов В.И., Баркан Я.Д., Бахвалов Ю.А., Бобнев М.П., Брагин С.М., Будзко И.А., Бусленко Н.П., Вагин Г.Я., Веников В.А., Волобринский С.Д., Гладкий В.С., Гнеденко Б.В., Гурвич И.С., Гутенмахер Л.И., Денисенко Н.А., Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Иванов В.С., Каждан А.Э., Каялов Г.М., Константинов Б.А., Кудрин Б.И., Куренный Э.Г., Маркушевич Н.С., Мирский Г.Я., Музыченко А.Д., Никифорова В.Н., Окунцов Е.И., Пухов Г.Е., Сазыкин В.Г., Салтыков В.М., Солдат-кина Л.А., Степанов В.П., Тропин В.В., Фокин Ю.А., Цветков Э.И., Четвериков В.Н., Шидловский А.К. и другие, зарубежные авторы Ailleret P., Aro Martti, Bigi S., Dzierzanowski W., Fenalio P.I., Gaussens P., Glimn A.E., Htnen Mauri, Kendall P.Y., Kimura H., Lanner V., Martzlof F.D., Meynaud, Missen L.G.,Senn P., Tendon M.L., Torseke P.E., Van Ness J.E., Watson J.F., Wehrli Berhard, Zinguzi T. и другие.

Автором продолжена работа в области разработки методов моделирования и статистического исследования случайных процессов изменения напряжения, тока и мощности в электрических сетях, причем в рамках темы диссертации решено 5 взаимосвязанных проблем.

Цель работы. Разработка методов моделирования и статистического иссле-дования случайных процессов изменения напряжения, тока и мощности в электри-ческих сетях СЭС, позволяющих повысить точность выводов при исследовании резкопеременных процессов и осуществить наиболее обоснованный выбор мероприятий по оптимизации качества электроэнергии для снижения ее расхода и повышения надежности работы ЭО, а также повысить загрузку трансформаторов и токоведущих элементов.

В диссертации рассмотрены и решены следующие взаимосвязанные проблемы:

проблема автоматизированного контроля ПКЭ;

 проблема накопления информации о параметрах электрической нагрузки (ПЭН);

 проблема обобщенной оценки влияния резкопеременных изменений напряжения на режимы работы и параметры ЭО;

проблема определения расчетной мощности резкопеременной нагрузки;

проблема моделирования резкопеременных изменений напряжения, тока и мощности нагрузки в электрических сетях переменного и постоянного тока.

На защиту выносятся:

методика классификации вероятностных распределений различных ПКЭ и ПЭН, которые необходимо измерять при контроле качества электроэнергии и исследованиях электрической нагрузки;

методы автоматизированного контроля ПКЭ и ПЭН;

методы обобщенной оценки влияния на различное ЭО колебаний напря-жения по их размаху и длительности, а также выбросов и провалов напряжения по их площади и длительности;

метод определения срока службы ЭО по начальным вероятностным моментам соответствующего порядка напряжения сети или тока нагрузки;

аналитический и аппаратный методы определения расчетной мощности (тока) нагрузки с учетом инерционности процесса нагрева и нелинейности параметров токоведущих элементов систем электроснабжения;

метод многомерного статистического анализа нестационарной мощности нагрузки;

метод моделирования случайных процессов с заданным двумерным зако-ном распределения ординаты и производной;

метод формирования случайных равномерно распределенных двоичных чисел;

обобщенные блок-схемы одномерных, условных и многомерных статис-тических анализаторов случайных процессов, а также устройств для аналогового и физического моделирования детерминированных и случайных процессов измене-ния напряжения, тока и мощности в сетях переменного и постоянного тока;

комплекс устройств для моделирования и статистического анализа случай-ных процессов в электрических сетях, разработанных на базе предложенных блок-схем;

датчики равномерно распределенных случайных двоичных чисел.

Область и объект исследований. Предметом исследований являются про-цессы изменения напряжения, тока и мощности в электрических сетях СЭС и параметры ЭО.

Методы исследований. При выполнении работы использовались методы теории вероятностей и математической статистики, аппаратурного исследования случайных процессов, математического анализа, векторной алгебры, теории конеч-ных элементов, теории планирования эксперимента, широко применялись эвристи-ческие методы синтеза микроэлектронных и гибридных устройств для моделиро-вания и статистического анализа случайных процессов в электрических сетях.

Научная новизна работы. В работе предложены:

а) методы: автоматизированного контроля ПКЭ; многомерного исследования электрических нагрузок; оценки влияния на ЭО колебаний напряжения по их раз-маху и длительности, а также выбросов и провалов напряжения по их площади и длительности; определения срока службы ЭО по начальным вероятностным момен-там соответствующего порядка напряжения сети или тока нагрузки; определения расчетной мощности (тока) нагрузки с учетом инерционности процесса нагрева и нелинейности параметров токоведущих элементов СЭС; многомерного статисти-ческого анализа нестационарной мощности нагрузки; моделирования случайных процессов; формирования случайных равномерно распределенных двоичных чисел;

б) алгоритмы получения эмпирических функций распределения ПКЭ; прове-дения многоуровневого статистического анализа площади и длительности выбро-сов и провалов напряжения; многомерного статистического анализа мощности на-грузки, усредненной на различных интервалах; разделения и многомерного статис-тического анализа стационарной и нестационарной составляющих мощности нагрузки; моделирования детерминированных и случайных процессов изменения напряжения в сети переменного тока: прямоугольных, ступенчатых, треугольных и трапециевидных изменений с варьируемыми амплитудой, крутизной, длитель-ностью возмущений и пауз между ними; получения физических моделей процессов изменения полной мощности (тока) нагрузки индивидуальных и групповых ЭП;





в) обобщенные блок-схемы одномерных, условных и многомерных статис-тических анализаторов случайных процессов, а также устройств для аналогового и физического моделирования детерминированных и случайных процессов изме-нения напряжения, тока и мощности в сетях переменного и постоянного тока;

Практическая полезность. На основе проведенных теоретических исследо-ваний для реализации предложенных методов созданы:

а) комплекс приборов для автоматизированного контроля ПКЭ: статисти-ческие анализаторы отклонений напряжения АОН, колебаний напряжения АКОН, коэффициента несимметрии АКН, длительности провалов напряжения АДПН, отклонений частоты АОЧ, колебаний частоты и фазы АКЧФ, параллельный статис-тический анализатор отклонений и колебаний напряжения АОКН-П; анализаторы позволяют автоматически получать гистограммы и функции распределения (ФР) измеряемых ПКЭ и предназначены для контроля соответствия качества электро-энергии в сетях промышленных предприятий и энергосистем нормативам ГОСТ 13109-97; применение приборов существенно снижает трудоемкость контроля ПКЭ, повышает его оперативность, точность, позволяет снизить потери электро-энергии в сетях и повысить надежность работы электрооборудования СЭС;

б) многомерный статистический анализатор усредненной мощности на-грузки АМН-МУ, предназначенный для получения семейств ФР усредненной на различных интервалах мощности нагрузки; его применение позволяет в результате обследования электрических нагрузок уточнить значения коэффициента максиму-ма, учитывая различный сглаживающий эффект процесса нагрева выбираемых токопроводов в зависимости от их сечения, а также определить фактический коэф-фициент загрузки токоведущих элементов, установленных в действующих СЭС;

в) устройства для моделирования резкопеременных процессов изменения на-пряжения и полной мощности (тока) в сетях переменного и постоянного тока; мощ-ные имитаторы перерывов питающего напряжения, циклических выбросов и прова-лов напряжения с заданными параметрами, выбросов, провалов и колебаний напря-жения с монотонно изменяющимися параметрами; прецизионные имитаторы для поверки статистических анализаторов колебаний, выбросов и провалов напряже-ния, а также колебаний частоты и фазы; аналоговые и гибридные моделирующие устройства, используемые в составе САПР и АСНИ, позволяют решить ряд проект-ных и научно-исследовательских задач СЭС, мощные имитаторы используются для исследования влияния изменений напряжения сети на ЭО, прецизионные имитато-ры предназначены для метрологического обеспечения анализаторов АКОН, АДПН, АКЧФ, средства поверки которых серийно не выпускаются.

Всего для практического использования по теме работы разработано 40 устройств различного назначения.

Внедрение. По выполненным под руководством автора 10 хоздоговорам в эксплуатацию ОАО "Ростовэнерго", ПО "Атоммаш", "Ростсельмаш", "Каменский машзавод", и других промышленных предприятий внедрено 9 комплексов приборов для контроля качества электроэнергии, отдельных приборов комплекса и ряд других устройств. Всего в производство внедрено 14 изобретений с суммарным экономическим эффектом по данным ЦСУ СССР 1,4 млн. руб. (в ценах 1990 года).

Авторское свидетельство № 455489 в 1978 году внедрено по отрасли в серийное производство п/я А-3283. Частотомер промышленного напряжения Ч3-90 производится серийно Хозрасчетным центром «Интеграл»; сертификат соответст-вия выдан Российской Академией наук.

С 1994 г. по 2008 г. по данным Роспатента РФ использовано 33 изобретения.

Результаты диссертации внедрены в проектную практику ОАО ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект», а также нашли применение в учебном процессе Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского поли-технического института) при разработке и совершенствовании лекционных курсов "Качество электроэнергии в промышленных сетях" и "Вероятностно-статистичес-кие методы в электроэнергетике" и при создании учебных лабораторий с аналогич-ными названиями. В учебный процесс кафедры "Электроснабжение промышлен-ных предприятий и городов" ЮРГТУ (НПИ) внедрено 11 изобретений автора.

Апробация. Результаты работы прошли апробацию на научно-технических конференциях (НТК), ВДНХ, ВВЦ, в конкурсах научных работ:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

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.