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 |

Модели и методы идентификации нелинейных искажений в электрических сетях в информационно-управляющих интегрированных комплексах электроснабжения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЖМАТОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ В ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ ИНТЕГРИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.13.06 – «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)»

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный открытый университет имени В.С. Черномырдина

(«МГОУ имени В.С. Черномырдина»).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Путилин Александр Борисович

Официальные доктор технических наук

оппоненты: Бахтадзе Наталья Николаевна,

зав. лабораторией ИПУ РАН

кандидат технических наук

Созыкин Аркадий Андреевич

инженер-программист ФБУ «Ростест-Москва»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт (МЭИ)

Защита состоится 24 декабря 2012 г. в 14 часов на заседании Диссертационного Совета №1 Д 002.226.01 Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН по адресу: 117997, Москва, ул. Профсоюзная, д.65. Телефон Совета (495) 334-93-29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН.

Автореферат разослан «19» ноября 2012 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д 002.226.01,

доктор технических наук В.К. Акинфиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее время все более актуальной становится проблема контроля качества электроэнергии на предприятиях. Например, на производствах с непрерывным циклом даже незначительное отклонение параметров сети электроснабжения от норм приводит к браку целой партии товара и длительной процедуре запуска линии. На других производствах, таких как металлургические заводы, от качества электроэнергии напрямую зависит качество и состав получаемой продукции. Одна из наиболее часто встречающихся проблем сети – повышенное содержание гармонических составляющих тока и напряжения, которые являются следствием наличия нелинейной нагрузки, такой как дуговые печи и тиристорные преобразователи (инверторы, частотные приводы асинхронных двигателей, станки ЧПУ). Повышенное содержание гармоник в сети может привести к перегреву трансформаторов, увеличению тока через емкостную нагрузку, ухудшению режима работы и перегреву двигателей.

Поэтому энергоаудитор, контролируя параметры качества электроэнергии (ПКЭ), должен иметь представление о причинах искажения сетевого напряжения. Для этого необходимо располагать эффективными методами идентификации и информационными инструментальными средствами для поддержки принятия решений при разработке мер по преодолению низкого качества электроэнергии. Такие меры позволяют детально исследовать и наглядно представлять результаты процессов изменения сетевого напряжения и тока при проявлении различных возмущений и влиянии их на управление технологическим оборудованием.





В настоящее время разрабатывается большое количество анализаторов качества электроэнергии, где основой программного обеспечения являются текстовые объектно-ориентированные среды разработки. Разрабатываемые в диссертации алгоритмы идентификации и имитационные модели для информационно-управляющей системы поддержки энергоаудитора позволяют повысить эффективность таких систем. Ключевым требованием этих систем является связка аппаратно-программного звена, выполняемая в реальном масштабе времени. Для разработки алгоритмов определения параметров качества электроэнергии используются методы графического программирования, позволяющие управлять потоком данных (DATA-FLOW). Такие быстродействующие алгоритмы предоставляют диспетчеру результат моделирования, позволяющий, в силу его аналитической представительности, максимально быстро сформировать решение по управлению, направленное на устранение отклонения от нормативного режима.

В диссертационной работе проведено исследование и разработан комплекс имитационных моделей для идентификации нелинейных искажений в однофазных и трехфазных электрических сетях и системах электроснабжения производственных помещений. Представлены основные принципы разработки автоматизированных информационно-управляющих систем для анализа ПКЭ в режиме реального времени, что позволяет решить проблему контроля и управления в системах электроснабжения для принятия решений оператором (ЛПР), в частности, при выборе компенсирующих устройств.

Степень разработанности темы. Большой вклад в развитие теории идентификации и их применения в системах управления технологическими процессами внесли: Я.З. Цыпкин, Н.С. Райбман, Э.Л. Ицкович, И.И. Перельман, В.А. Лотоцкий. В области проектирования графических систем, основанных на потоках данных, успехов добились Д. Эдэмс, Д. Деннис, Д. Кодоски, В.С. Бурцев.

Для решения задач управления на всех уровнях: проектирования (САПР), программируемых логических контроллеров — ПЛК, систем типа SCADA — Supervisory Control and Data Acquisition, DCS (Distributed Control Systems), систем оперативного управления производством — MES (Manufacturing Execution Systems), систем класса ERP (Enterprise Resource Planning) — планирование ресурсов предприятия или MRP, или MRP-II (Manufacturing Resource Planning) — планирование ресурсов производства, могут быть использованы одни и те же информационные массивы и применены идентичные алгоритмические средства. В настоящее время решение задач управления, идентификации и диагностики при комплексной автоматизации технологических процессов является необходимым условием обеспечения надежности, безопасности и конкурентоспособности производств.

Объект исследования: одно- и трехфазные электрические сети и системы электроснабжения производственных помещений, а также различные виды потребителей, работающих в нелинейном и импульсном режимах (импульсные блоки питания компьютерной техники, выпрямители промышленного назначения, приводы управления с трехфазным асинхронным двигателем, корпоративные информационные системы).

Цель работы: разработка методов идентификации нелинейных искажений в электрической сети и построение информационно-управляющей системы поддержки принятия решений для управления несинусоидальными и несимметричными режимами электрической сети 6-10 кВ в форме рекомендаций оператору для выбора компенсационных устройств при контроле качества электроснабжения.

Методы исследования. При решении поставленных в работе задач исследовались следующие методы: разработки имитационных моделей, идентификации, а также вычислительной математики и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  • разработаны геометрические идентификационные модели параметров качества электроэнергии (ПКЭ);
  • разработаны имитационные модели нелинейных искажений по напряжению и току при контроле ПКЭ оператором;
  • разработаны имитационные модели ПКЭ при контроле качества электроэнергии в системах электроснабжения;
  • предложена методика выбора компенсационных устройств в ходе контроля качества сети электроснабжения оператором;
  • предложены принципы разработки систем поддержки принятия решений по управлению процедурами контроля качества электроэнергии на промышленных предприятиях.

Практическая ценность работы состоит в том, что в ней:



  • разработаны программные средства для идентификации ПКЭ в системах электроснабжения;
  • разработан комплекс имитационного моделирования для систем электроснабжения;
  • разработано прикладное программное средство «Анализатор энергопотребления нелинейных нагрузок», свидетельство №2012611906[12];
  • разработан комплекс имитационных моделей в виде «Лабораторного практикума по электротехнике и электронике», свидетельство № 2012614099 [13];
  • разработано прикладное программное обеспечение «Анализатор параметров качества электроэнергии (AQEP)», свидетельство №2012614098 [14].

Реализация и внедрение. На основе полученных в диссертационной работе научных результатов разработана информационная система поддержки принятия решений оператором при проведении энергетических обследований, а также выбор компенсационных устройств для повышения качества сети электроснабжения, которая внедрена:

  • в НОУ ВПО Московский институт энергобезопасности и энергосбережения в ходе выполнения НИР 44.41.01 «энергоэффективность», и разработке адаптированного программного обеспечения, используемого в информационно-измерительной системе «Энергоаудитор»;
  • в ЗАО «Электросеть» при модернизации автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета;
  • в Военной академии РВСН имени Петра Великого в виде методических указаний по проведению энергетических обследований.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций, полученных в диссертации, подтверждается обоснованием постановок задач, формулировкой критериев согласно нормативным документам; имитационным моделированием, а также результатами внедрения методов, предложенных в диссертации, на практике. Достоверность новизны технического решения подтверждается авторскими свидетельствами на программы для ЭВМ, разработанными с участием автора.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях: «Развитие науки и образования» (Москва, 2009); «Развитие карьеры и образования 2009, 2010» (Москва), «Студенческая наука» (Москва, 2010);Всероссийская конференция по теоретическим основам проектирования и разработки распределенных информационных систем – «ПРИС 2011» (Красноярск, 2011); X Международная научно-практическая конференция «Инженерные, научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments - 2011» (Москва, 2011); Международная научно-методическая конференция «Информатизация инженерного образования» — ИНФОРИНО-2012 (Москва, 2012).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных работ, из них 4 статьи в реферируемом журнале, рекомендованном ВАК.

Личный вклад автора заключается в разработке методов идентификации нелинейных искажений в сети электроснабжения в виде геометрических моделей сфер. Также разработаны имитационные модели отклонении ПКЭ от заданных норм при построении информационно-управляющих комплексов поддержки принятия решений для систем электроснабжения. Выносимые на защиту научные положения, технические решения и результаты исследования разработаны автором лично.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и заключения, списка литературы, включающего 68 наименований. Объем диссертации составляет 152 листа, в том числе 125 листов основного текста с 49 рисунками и 12 таблицами. В приложении приведены документы о внедрении и практическом использовании результатов диссертации, а также авторские свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлено сравнительное исследование методов анализа показателей качества энергии при проведении энергосберегающих мероприятий в системах электроснабжения. Методы оценки и нормы ПКЭ определяются Межгосударственным стандартом ГОСТ 13109-97. Рассмотрены принципы функционирования автоматизированных систем управления сложными объектами (АСУ СО), в частности, систем электроснабжения промышленных предприятий. Рассмотрены задачи идентификации, изложены базовые подходы к решению задач построения моделей при контроле качества сети электроснабжения.

Для поддержки управления в таких системах необходима информация о состоянии объекта управления, а также об окружающей среде. Эта информация формируется на основе измерения, передачи и обработки данных, с использованием каналов связи и вычислительных средств, которые являются элементами и подсистемами системы управления. Результаты этих исследований реализуются в виде информационных моделей, представляющих собой совокупность способов реализации информационных процессов при контроле качества электроэнергии.

Приведенный обзор анализаторов и регистраторов качества электроэнергии показал, что большая часть таких устройств зачастую не имеет встроенной системы поддержки принятия решений для энергоаудитора. В связи с выходом нового ГОСТ 54149-2010, который вводится с 1 января 2013 года взамен действующего ГОСТ 13109-97 («Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»), необходимо перестраивать существующие анализаторы качества электроэнергии в составе АИУС, или разрабатывать новое прикладное программное обеспечение. Поэтому актуальными являются задачи выявления отклонений от нормального режима в процессе контроля качества электроэнергии и разработки специализированных систем поддержки принятия решений энергоаудитором по демпфированию этих искажений в режиме реального функционирования.

Рассмотрим пример представления данных при мониторинге показателей системы электроснабжения, в качестве нагрузки которой выступают различные потребители производственных предприятий (выпрямители, асинхронные двигатели), а также влияние их на вносимые в сеть искажения. Одним из основных параметров при анализе сети является коэффициент искажения синусоидальности по напряжению KU, значения которого представлены в табл. 1.

12

где Un – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения, В; n – порядок гармонической составляющей напряжения (рассматриваются только нечетные гармоники), N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения, стандартом устанавливается N =40; U1 – действующее значение напряжения основной частоты (в соответствии с ГОСТ 13109-97), В; Uном – номинальное значение напряжения сети (реальные данные).

Таблица 1. Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения

Нормально допустимое значение Предельно допустимое значение при Uном
кВ 0,38 6-20 35 110-330 0,38 6-20 35 110-330
% 8,0 5,0 4,0 2,0 12,0 8,0 6,0 3,0

Во второй главе исследованы основные параметры сети электроснабжения и разработаны идентификационные модели нелинейных искажений.

В системе определены три различных вида электрических сигнала, которые поддаются регистрации и представляют собой триаду параметров (рис. 1).

Рассмотренный в диссертационной работе метод представления информации в виде пространственно-временного сигнала является традиционным методом в теории информации, применяемый как к линейным, так и нелинейным системам.

Сигнал Qt отображает параметр Q только по координате t и является одномерным скалярным сигналом. Например, в качестве таких сигналов могут быть рассмотрены напряжения U(t) и токи I(t) - как функции времени. Фактически, этих величин достаточно для решения широкого спектра задач измерения, сбора и обработки данных при построении системы.

Сигнал Qt неизбежно сопровождается помехой, что приводит к потере информации.

Сигнал QS представляет информацию о форме или структурных характеристиках при передаче сигнала, условно «зафиксированного» в пространстве в каждый фиксированный момент времени t. QS – это сигнал, показывающий форму, образованную пространственно-распределенными сигналами, и определяемый вектором в трехмерном пространстве . Вследствие чего сигнал QSt может рассматриваться как композиция пространственных характеристик трехмерного пространства и времени t. Таким образом, получаем трехмерное пространство во временной области . В качестве QSt будем рассматривать значения коэффициентов нелинейных искажений напряжений и токов, а также коэффициент мощности.

Далее во второй главе представлена разработанная автором геометрическая модель пространственных сигналов для каждого фиксированного момента времени t. Характеристика (отклонение от заданных параметров при наличии нелинейных искажений) определяется только формой. В качестве эталона можно взять любую форму (вид) геометрической фигуры. В свою очередь, выбор формы фигуры будет зависеть от количества входных данных при решении задач мониторинга и преобразования физических величин. Сигналы, снятые с первичных преобразователей информации преобразуются в электрические параметры. Такими ПКЭ будем считать коэффициенты несимметрии по напряжению KU и току KI, а также коэффициент мощности Kр. За основу (эталон) возьмем трехмерную геометрическую модель сферы.

Представим параметрическое уравнение сферы в виде системы уравнений:

34

где и

56

Тогда параметр QS представим из (2) и (3) в виде трех систем уравнений в основе параметрического уравнения сферы:

78
910
1112


Pages:   || 2 |
 

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.