книги / Преобразование и стабилизация параметров электроэнергии
..pdfость частная производная от приведенных затрат по искомым перемен ным, приравненная пулю /3_7.
Особенностью эксплуатационной задачи оптимизация потокораснределения РМ в СЭС является отсутствие затрат на компенсирующие устройства (Зк = 0 ) . Тогда при решении должна минимизироваться це левая функция, в которую, входят только затраты на потери активной мощности (электроэнергии) в СЭС Зп — тс??,что равнооильно миними зация потерь
|
|
/ |
г |
|
|
|
|
|
J / f ‘ V & * < * > * < * > |
~ * m ‘* |
(2) |
||
где |
Q (i)~ |
РМ, протекающая по |
/-й |
ветви СЭС, сопротивление |
кото |
|
рой Л’сг;; |
U - -напряжение |
сети, |
|
|
|
|
|
Б общем случае для разветвленной СЭС задача формулируется |
|||||
как |
задача квадратичного |
программирования следующим образом: |
|
при ограничениях |
|
|
Яки? |
|
(4) |
> m a x \ o f QH |
- в т ) , |
(5) |
где QH - вектор-столбец реактивных |
нагрузок цеховых |
трансформато |
ров в режиме максимума с учетом установленных низковольтных КУ ;
Ркк - |
вектор-столбец искомых РМ низковольтных |
Ж ; Ом , QXH ~ то |
|||||||||
же вектора-строки; |
|
Т - единичный вектор-строка; |
- |
суммарная |
|||||||
PiА тлеющихся низковольтных Ж |
; Я |
- |
матрица узловых |
активных со |
|||||||
противлений сети 6-10 кВ СЭС относительно ГПГ1; |
О - |
нулевой век |
|||||||||
тор; |
0Т - вектор-столбец допустимых реактивных нагрузок |
трансфор |
|||||||||
маторов |
по условиям |
их* пропускной |
способности, |
элементы |
которого |
||||||
определяются из выражения |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
^ т (гГ y/(fi(D 5r(t)) " p( i ) ' |
|
|
|
(6) |
|||
где P |
, Srn) г f i ( f) |
- соответственно |
активная |
нагрузка, |
полная но |
||||||
минальная мощность и коэффициент загрузки |
г~го цехового |
трансфор |
|||||||||
матора, |
I = / , , , , , |
ffro * |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В результате |
решения получается |
соотношение |
|
|
||||||
|
|
|
|
PQ |
~ Ps Gg * ^ / |
|
|
|
(V) |
||
где |
|
Q - QH |
~ 0 Ktr ; |
Ов |
* |
*7 |
~ |
; |
|
|
12
|
|
|
|
?jr(l) " 4*(t} |
$HZ ~ Q*Z 4 |
( 9) |
|
|
|
|
|
|
* ( i ) |
|
|
и аналогична предлагаемой в работе /4/. |
|
||||||
|
При наличии в СЭС распределительных или трансформаторных |
||||||
пунктов (РП и ТП) , |
получающих питание от шин ГПП по отдельным # |
||||||
линиям |
(рис. |
1 ) , |
y f- схема |
замещения приобретает |
вид, изображен |
||
ный на рис. |
2 , а матрица fi |
представляется в вцде |
блочной струк |
||||
туры диагонального вида |
|
|
|
||||
|
|
|
|
fi; |
0 |
О |
|
|
|
|
|
0 |
fi2 |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
Û |
|
|
где |
fi? ,• • • , |
матрицы узловых активных сопротивлений относи |
|||||
тельно |
шин 6 . . . 1 0 |
кВ ГПП для |
каждого РП. |
|
|||
|
В |
этом |
случае система (8 ) может быть разбита |
на Я/ подсиотем |
|||
аналогичного |
вида небольшой размерности, для каждого РП (ТП) в |
||||||
отдельности, |
которые могут решаться независимо друг от друга при |
||||||
заданных для |
всей |
системы значениях |
fi9 f |
и ограничениях |
|||
( 4 ) , |
( 5 ) . |
|
|
|
|
|
Схемы СЭС легко могут быть сведены к радиальной разветвлен ной с помощью соответствующих несложных"преобразований, а после решения продолжится расчет при обратном преобразовании схемы.
Таким образом, для произвольного РП, к которому подключены
Nr цеховых |
трансформаторов, запишем систему уравнений |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
Л7$*7 * |
|
|
|
* •" * |
Qx/ïr |
* h |
> |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
• |
• |
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Q *r+ |
* |
Л(П ^*(1) + |
|
+ 4г#г |
■ |
*U)* |
|
f |
|
|
(50) |
||||||||
|
|
|
Q*1 + |
Q*2 |
+ QКЗ |
т |
+ |
*ЛГГ4К/ГТ ° t<Yr |
, |
^ |
|
|
|
||||||||
где |
ли ) - |
коэффициент при |
/-й |
переменной в |
|
/-м уравнении; èm - |
|||||||||||||||
свободные |
члены |
системы ( / = 1 , . . . , |
ftr )% |
определяемые, |
исходя из |
||||||||||||||||
( 8) , |
для |
|
/-го |
уравнения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
л(г) |
^И |
|
|
? m7 j i t tr |
29 , <tj |
tfj. ,* |
1 |
* +J |
> |
|
|
|
||||||
|
|
|
ft/у |
1 |
|
; ~ |
•••> |
?* -ч / |
ft? > |
) |
|
|
(И ) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
Ъа |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J * * |
> |
|
(1 2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
Яц - |
собственное |
сопротивление |
/ -го |
нах'рузочного узла СЭС |
||||||||||||||||
(у«/ ) относительно |
шин 6 . . .10 |
кВ ГПП; |
ft,у - |
взаимное |
сопротивле |
||||||||||||||||
ние, |
одинаковое для всех нагрузочных узлов, получающих питание от |
||||||||||||||||||||
одного РП и равное активному сопротивлению линии ГПП - |
РП. |
||||||||||||||||||||
|
Для вывода расчетных выражений преобразуем систему |
(10) сле^- |
|||||||||||||||||||
дующим образом. Первое уравнение оставляем без изменений, а из |
|||||||||||||||||||||
остальных вычтем первое |
и |
получим эквивалентную исходной систему |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ftr |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A/û*’ * |
|
|
|
**г ' |
|
|
|
|
|
|
(13) |
||
|
~ (Я! |
^ |
|
( |
я(п |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
• |
|
|
|
(14) |
|
|
Подставим |
St(t j |
|
, |
определяемое |
из (1 4 ), |
в |
(1 3 ), |
тогда имеем |
||||||||||||
|
|
|
|
г-г |
|
|
|
|
|
|
|
|
*Г |
! |
ч |
* г |
|
|
|
1 |
|
|
|
7 |
|
я( г ) ~ 7 |
|
|
г\ 1ч лш7/ |
t-r Л(Ч |
|
||||||||||||
|
*1 |
|
|
|
*г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
* |
|
|
/ |
(15) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|||||
|
8 последнем выражении введем обозначения |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
*г |
|
|
|
|
|
|
|
яг |
А |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
л .^ - j |
“а '> |
|
|
|
|
'(г) |
- А |
, |
(16) |
||||
|
|
|
|
|
|
1 4 |
|
/-/ |
*tt)~7 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
<*} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
о учетом которых при подстановке.(15) в (14) |
получаем |
следующую |
|||||||||||||||||||
формулу для |
определения искомой мощности |
/-го |
КУ: |
|
|
|
|
|
|
9Â |
/ |
(17) |
||
|
|
lct) |
||||
|
$ |
|
r*(T) |
|
||
где |
постоянная величина для конкретной рассматриваемой |
|||||
c |
||||||
системы уравнений. Решение (17) |
всегда существует, так как *а >> 7 * |
|||||
что |
следует |
из (И ) |
при |
|
* |
|
|
Таким |
образом, |
использование полученных соотношений ( Ï 0 ) - ( Ï 7 ) |
позволяет производить расчет оптимальных мощностей средств КРМ, подключаемых к кавдому цеховому трансфорглатору. Методика расчета
при этом заключается в следующем; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 . Составляется |
^-схема замещения радиальной разветвлен |
|||||||||
ной СЭС. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 . Формируются ограничения ( 4 ) , |
(5) |
и |
система |
уравнений |
вида |
|||||
(8 ) для каждого РП (ТП). |
|
|
|
|
|
|
|
|||
3 . Рассчитываются коэффициенты |
J o ) |
и |
|
по |
формулам |
(1 1 ), |
||||
(12) и составляется система уравнений вида |
(1 0 ) для каадого. |
|
||||||||
РП (ТП). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 . |
Определяются коэффициенты |
^ , Ь , |
|
û |
о использованием |
|||||
(Т б ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 . Искомые решения находятся |
по формуле |
(17) |
о учетом огра |
|||||||
ничений |
( 4 ) , |
( 5 ) , При этом в случае, |
если для |
/-го трансформато |
||||||
ра ограничение (5 ) не удовлетворяется, принимается |
йкС1) = |
|
||||||||
Qf<U] |
} , |
параметры |
/-й линии, |
/-го трансформатора и его |
||||||
.нагрузки исключаются из |
^ |
|
к расчет по настоящей мето |
|||||||
дике повторяется до тех |
пор, пока ье |
будут |
внполнеиц ограничения |
для всех пунктов установки КУ.
Обычна в реальных СЭС число трансформаторов, подключаемых к
одному РП, невелико. Если число трансформаторов значительное (бо
лее д есяти ), выполнение ручных расчетов |
затрудняется. Дяя |
таких |
||||
случаев изложенная методика |
и одет бит,- |
доско реализовала |
на ЭР*1. |
|||
На практике отсутствие |
датчиков реактивной мощности на цехо - |
|||||
в их трансформаторах |
вызывает |
олроделснчп |
|
.гдаости при расчета |
||
реактивных нагрузок |
каждого |
из трансформг-оров. |
Тогда' исходньта |
|||
данными могут /шляться показания счетчик/ |
-п о |
которым рассчптп |
иается расход активной п реактивной энергии за месяц для каждого
тршидрормагора с |
учетом (фушииюнлруюи'-н.: Г |
,.ры нечестном времени |
|
их* работы/В этом |
случае может быть произведен приближенный рас |
||
чет |
оптимального |
потокораопределения ГМ |
СОС предприятия f для |
чего |
используется |
л»/?/* |
|
величина Тм а$ - время хтак'лтмгльшпс нагрузок гг |
месяц’, которое при отсутствии графиков нагрузок для цеховых тран сформаторов считаем приближенно равным времени максимальных па грузок для всего завода в целом 16
|
|
|
MâC |
{Tt^paÔ + |
|
|
^ иес . |
» T |
|
|
|
|
(18) |
||||
|
|
'm a t |
|
|
|
cMec |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*m ax |
° max |
|
|
|
|
|||
где |
W paf, Wfux - |
соответственно |
величины расходов |
за |
час |
в |
течение |
||||||||||
рабочего времени и в выходные дни месяца, |
кВА-ч; S^ |
- наибольшая |
|||||||||||||||
нагрузка завода в рассматриваемом месяце, кВА. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Сделаем в системе (Ô) следующие подстановки: |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
^н(г) |
|
|
^р(г) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
s4ÿ { I ) |
* Q sxa y 53 }* tc c |
|
|
|
|
|
|
|
(19) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
• юл* |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
K |
s ' K z |
»Z |
К в |
~ K s |
WpS |
|
|
|
|
|
(20) |
|||
|
|
|
T HCC |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
urS |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m ax |
|
|
|
|
|
|
|
где K U) , K z ~ окомпенеированная реактивная нагрузка |
соответствен |
||||||||||||||||
но |
l -то |
трансформатора и суммарная; Q'N n ) , |
K s |
~ |
рм функциони |
||||||||||||
рующих КУ, подключенных к |
<?-му трансформатору, |
и суммарная их |
|||||||||||||||
мощность, |
равная суммарной мощности низковольтных ЕК ЯКЕ, |
подлежа |
|||||||||||||||
щей оптимальному распределению |
(перераспределению); |
, |
'{%,%- |
||||||||||||||
месячный расход реактивной энергии соответственно нагрузок |
/-го |
||||||||||||||||
трансформатора и суммарный для нагрузок рассматриваемой группы |
|||||||||||||||||
трансформаторов |
ЛГг'£ из всей СЭС, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Система |
(8) |
с учетом |
(19) , |
(20) |
примет ввд |
|
|
|
|
|||||||
|
|
/Ж * |
, |
Л |
\ |
( Ъ |
* |
|
|
|
|
|
MpS |
|
|||
|
|
\'mat |
7П~$М1 )+'"*fi7firXyUèC |
|
|
|
|
|
г нее |
• |
|||||||
|
|
|
|
/ |
\ м ах |
|
|
|
|
|
'max |
(21) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЪемНг 'j ‘ |
|
ПрЕ |
|
|
|||
|
|
m at |
|
|
|
|
|
|
|
тмее |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'max |
|
|
|||
цри ограничениях |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
*№ |
|
|
|
|
К е |
> |
|
|
|
|
|
( 22) |
|
|
|
|
|
|
|
|
W (I) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Z C c n s L ** |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
К н ( 1) |
|
|
K m m in } > |
|
|
|
|
(23) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где K m |
m ixT 7 & г * K ^ f K a t *> |
|
~ m iW *aja>Ha* |
Допустимая РМ у ст - |
|||||||||||||
ройств |
|
|
•-max |
|
J- г о трансформатора, |
определяемая его |
|||||||||||
КРМ для нагрузок |
|||||||||||||||||
пропускной способностью. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Расчеты можно вести также относительно неизвестных |
|
* |
||||||||||||||
«■Кнеп |
K x i i ) |
ni® ограничениях |
Л Л(г) * ™ «*\;К кш ’Щ гг - K m } - |
||||||||||||||
Разность |
^ K i i f будет |
показывать, |
насколько нужно изменить мощ |
||||||||||||||
ность |
|
l -то |
КУ (увеличить или уменьшить в |
пределах |
существующего |
||||||||||||
.значения |
K x(D ^>т *0, |
перераспределить функционирующие БК для |
|||||||||||||||
обеспечения оптимального |
потокораспределения РМ в СЭС, |
|
|
Система ( 2 1 ) , как |
и ( 8 ) , сводится к виду (1 0 ), решение нахо |
дится в соответствии с |
предложенном алгоритмом, |
1 . Инструктивные материалы Главгосэнергонадзора. - М .: Энергоатомиздат, 1 9 8 6 . - 352 с .
2 . Ковалев И.Н. Выбор экономичного числа цеховых додотанций и
уменьшение их мощности // |
Пром. энергетика. - |
1 9 8 5 . - |
№1 2 . - |
С ф 37*"39. |
Ковалев И .Н ., Куренный Э .Г . |
Основы |
|
3 . Каялов Г .М ., Калщан А. Э. , |
|||
построения^промыишенных электрических сетей . - |
М. : Энергия, |
4 . Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение каче ства электроэнергии. - М .: Энергоатомиэдат, 1 9 8 5 . - 224 о.
УДК 6 8 1 .5 .0 1 5 .5 С.А.Димаров
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРЯДКА АППРОКСИМИРУЮЩИХ КУСОЧНО-ПОСТОЯННЫХ ФУНКЦИЙ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЯХ
Рассмотрена методика оценки длины аппроксимирующего ряда Уолша или Хаара при моделировании процессов в электронных цепях. В ка честве исходных параметров задаются схемная функция цепи и значе ние допустимой погрешности аппроксимации.
При анализе и моделировании процессов, протекающих в преобразова телях электроэнергии (в частн ости ,-в импульсных преобразователях), успешно применяются спектральные методы, основанные на представ
лении исследуемых процессов в базисах ортогональных функций. Вы бор базиса представления осуществляется исходя из многих факторов, среди которых основными являются минимальная длина аппроксимирую
щего ряда и простота описаний (генерирования) |
базисных |
функций. |
В этом случае, при спектральном представлении |
некоторых |
классов |
сигналов (например» сигналов с ШИМ, видеосигналов), эффективно
применение кусочно-постоянных базисных функций Уолша и Хаара / I, 2 7 . В ряде работ была исследована ошибка, возникающая при аппрок
симации таких сигналов конечным рядом Уолша или Хаара / 2 -4 7 . Одна
ко при практическом анализе сигналов в реальных системах количест
во учитываемых составляющих аппроксимирующего ряда может сущест
венно уменьшаться, если принять во внимание «фильтрующие свойства
цепей, на которые этот сигнал воздействует.
Исследуем зависимости количества учитываемых аппроксимирующих
функций Уолша , или Хаара от требуемой погрешности аппроксимации и
вцда цепи, на которую воздействует аппроксимируемый сигнал. Оценка
порядка системы аппроксимирующих функций производится исходя из
18 |
TS8/V 5 -1 2 -Ô 0 Î0 I0 -5 Г |
Преобраз. з_стабгошзания_ларамет- |
' |
ров электроэнергии. - Киев, 1990, |
соотношений амплитуд входного и выходного сигналов - гармоник
Уолша, а также энергий этих сигналов. Поскольку аппроксимация сигналов в базисах Уолша и Хаара одинаковым числом разрядов при водит к равной ошибке аппроксимации, рассмотрим только случай ба зиса Уолша.
Определим порядок системы аппроксимирующих функций по ампли туде основной гармоники Уолша. Последняя на выходе звена со схем ной функцией Ç ( p ) определяется выражением
т |
|
|
|
|
= 7 i |
( *> |
• |
« |
) |
О |
|
|
|
|
где y (t)= y (p )= Ç (p )L [w (U ( * , t ) ] - |
реакция звена на воздействие |
- |
||
функцию Уолша w a l |
преобразование Лапласа; |
Т - период |
функций Уолша. Обычно при определении длины аппроксимирующего ря
да |
Уолша (Хаара) |
ограничиваются целым числом разрядов ( |
tf-tt |
раз |
||||
ряд |
содержит 2 п ~7 |
базисных функций), поэтому в качестве |
воздейст |
|||||
вующей рассматривается функция Радамахера |
/7-го разряда м г(2 -/,г-) |
|||||||
представляющая собой меандровую функцию, кусочно-постоянную'на |
||||||||
учаотках длительностью T0 =T /2 V . Реакция |
элементарного |
звена со |
||||||
схемной функцией |
^г (р ) = /^ /(р Ы ) на такое |
воздействие имеет |
пчд |
|||||
|
У ( t ) = |
\ r - 2 e x p |
г+ ex p (~ jr g J / |
j , |
rg |
(2) |
||
Для цепи второго |
порядка |
со схемной функцией $2 {р )= а> пг (р%2$<й р+ |
||||||
t- al2) реакция |
|
|
|
|
|
" |
||
|
y ( t ) = r+- |
|
е * р ( р т * ) |
e * P ( p 2 t ) |
|
(а) |
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
7+е*Р (/>,%,) |
r+ tx p (р 2 Гд ) |
|
|
|
где |
P jt рг |
- действительные разные полюса |
£г ( р ). |
|
|
|||
|
Для цепи второго порядка о комплексно-сопряженными полюсами |
|||||||
реакция описывается выражением |
|
|
|
|
||||
|
|
e x p ( - c t ) |
|
|
|
|
|
|
y ( t ) s Г* ~ 7 Т ^ Г |
* * t )~ 2 l h * + * ? * % » ( * > £ + % ) , |
где
ш- e + j u y ,
Р ~ [* а )д ( e ° ' / ) lh2hi/7Cc>/gJ / ( m e C^'“cos а>дТ+е2сГ°
? = [ ( егСГ° - 1 ) / 2 ~ Щ * еГ' * » % r0] / ( n 2 t cToW Ч Tg t e |
гсТд |
)■ |
О ' А Р 7
= TSO + a r c t g — -------- ,■ ^ = a r c f g g /jt,
Подставив ..соответствующие выражения ( 2 ) - ( 4 ) в (1 ) , подучим формулы определения амплитуды основной гармоники функций Радамахе- р а. Для случая элементарного интегрирующего звена выражение ампли туды основной гармоники имеет ввд
т-елрС-ctr,) |
Го - т /г" |
(5) |
г + е х р (-<<Г0 ) I '
Амплитуда основной гармоники функции Радамахера на выходе эве на второго порядка с действительными разными полюсами представля ется в виде
т |
. |
^ |
у -**Р (Р 7Гв)___________ / |
- е^(/>2 Гр ) |
1 |
|
* |
|
}Г $ 1- 7 |
\ р?То}[ 7+с*р(/>1Т0 ) ] |
/>1 Г /[ |
т+ ех/> (р2 Т0 ) ] |
|
В случае схемной функции второго порядка с комплексно-сопря женными полюсами амплитуда основной гармоники функции Радамахера
* * в ’ + ч ^ |
r-| csiv <f>7 |
+a}e costf>j- е сГ*[csi„(tûffro + </>,) |
+ |
||
+ ü)g COS( ù}e |
re, + ^2 V j ~2 / ÛJn |
|e « > |
+ & oceS ^2 |
~ |
|
-e~ CT° [ s i r , (ù)or0 + ф2 |
) + u>aCûs(a)gT0 + ф2 У J |
(7) |
|||
|
Для схемных функций более высоких порядков результирующая амплитуда гармоники функций Радамахера представится в виде супер позиции результатов, полученных согласно выражениям ( 5 ) - ( 7 ) .
Определим порядок системы аппроксимирующих функций по соотно шению энергий входного сигнала - функции Уолта и результирующего выходного сигнала. Энергия сигнала- Эу на выходе цепи со схемной функцией G (ja> )при воздействии на ее вход одного периода сигнала
в веде функции Уолша имеет вед
3t |
- X |
Î |
V (/*> ) 1*1* # ( * > ) I *'* > , |
(в) |
|
3 |
я |
о |
|
|
|
где S ^ c ü ) - спектральная |
плотность |
входного сигнала. Как и в |
пре |
||
дыдущем случае, будем рассматривать |
только входные сигналы в |
виде |
функций Радамахера. Преобразование Лапласа для произвольной функ-
æ