Львов Ілля Юрійович

УДК 621.314.214

ДВОРІВНЕВА СИСТЕМА РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ
ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ ПРИСТРОЇВ

Спеціальність: 05.09.03 – Електротехнічні комплекси та системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Львів – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент
Грабко Володимир Віталійович,
доцент кафедри електромеханічних систем автоматизації Вінницького державного технічного університету

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, доцент
Бешта Олександр Степанович,
завідувач кафедри електричного приводу
Національного гірничого університету
(м. Дніпропетровськ)

кандидат технічних наук, доцент
Паранчук Ярослав Степанович,
доцент кафедри електроприводу і автоматизації промислових установок Національного університету "Львівська політехніка"

Провідна установа: | Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" (кафедра автоматизованих електромеханічних систем) Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться 12.04.2003 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д35.052.02 у Національному університеті "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м. Львів, вул. Ст. Бандери, 12, ауд. 114.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м. Львів, вул. Професорська, 1.

Автореферат розісланий 28.02.2003 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради |

В.І. Коруд

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На даний момент показники якості напруги у споживачів електроенергії рідко відповідають встановленим нормам. Це притаманне як для виробничих, так і для міських мереж

Проблема якості електричної енергії тісно пов’язана з надійністю і ресурсом роботи різного роду споживачів, більш того, особливо вимогливі споживачі можуть функціонувати лише при високій якості напруги.

Основними засобами регулювання напруги в електричних мережах є силові трансформатори з пристроями регулювання під навантаженням (РПН). Для них розроблено велику кількість пристроїв автоматичного регулювання напруги, але всі вони або підвищують якість напруги на споживачах, знижуючи надійність електропостачання, або навпаки, підвищують надійність за рахунок зниження якості електричної енергії. Ресурс механічних контактів пристрою РПН силового трансформатора порівняно малий, оскільки доводиться комутувати робочі струми. Ремонт пристрою РПН – операція трудомістка і вартість такого ремонту значна. Крім того додаються збитки від припинення електропостачання споживачів. Все це призводить до того, що оперативний персонал підстанцій намагається проводити перемикання відпайок силового трансформатора якомога рідше. З цієї причини автоматичні регулятори напруги силових трансформаторів, як правило, відключаються. Відповідно якість напруги значно знижується, а втрати від неякісного електропостачання зростають.

Тому актуальною є розробка систем регулювання напруги, які одночасно підвищують і якість і надійність електропостачання.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основний зміст роботи складають результати досліджень, що проводились протягом 1997-2002 років. Науково-дослідна робота проводилась відповідно до наукового напрямку кафедри “Розробка математичних методів та моделей процесів, що протікають в енергетичних, електромеханічних та екологічних системах, синтез інформаційно-вимірювальних систем автоматичного і автоматизованого керування цими процесами”, у ролі виконавця, за держбюджетною темою №84-Д-196 “Розробка системи оптимізації робочих режимів та діагностування територіально відокремлених потужних електроприводів в умовах їх взаємовпливу через живлячу мережу”, номер державної реєстрації 0198U004497, та у ролі відповідального виконавця за держбюджетною темою №2901 "Розробка математичних моделей та інформаційно-вимірювальних систем для підвищення якості та надійності електропостачання", номер державної реєстрації 0101U007204.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розроблення законів та систем регулювання напруги силових трансформаторів з пристроями РПН з метою підвищення одночасно якості та надійності електропостачання.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі основні задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

Об’єктом дослідження є системи регулювання напруги силових трансформаторів з пристроями РПН.

Предметом є розроблення алгоритмів регулювання та структур систем регулювання напруги силових трансформаторів з метою підвищення якості та надійності електропостачання.

Методи дослідження. Для вирішення і аналізу поставлених задач використані такі методи дослідження: методи теорії електричних кіл, теорії автоматичного керування, теорії кінцевих автоматів, технічної діагностики, теорії інформації, алгебри логіки, теорії ймовірностей, а також чисельні методи розв’язання задач.

Наукова новизна одержаних результатів. В дисертаційній роботі отримані такі наукові результати:

1. Вперше запропоновано підхід до дворівневого регулювання напруги шляхом обладнання трансформаторів з ПБВ на кінцевих підстанціях регуляторами напруги з тиристорними пристроями РПН, що призводить до підвищення якості регулювання напруги, і запропоновано закон регулювання напруги трансформатора верхнього рівня, згідно якого перемикання не проводяться, доки визначена пороговим коефіцієнтом кількість регуляторів нижнього рівня забезпечує підтримання напруги на споживачах в заданих межах, чим досягається зменшення кількості перемикань механічного пристрою РПН підстанції верхнього рівня.

2. Вперше розроблено закон регулювання напруги підстанції нижнього рівня, відповідно до якого ширина зони нечутливості змінюється в залежності від значення відхилення напруги від її середнього значення, завдяки чому зменшуються коливання напруги.

3. Удосконалено метод синтезу систем регулювання напруги силових трансформаторів з пристроями РПН шляхом використання математичного апарату секвенцій, згідно якого за мінімізованим секвенційним описом функціонування системи отримується формалізований алгоритм роботи системи регулювання, що дає змогу автоматизувати проектування структур систем регулювання напруги.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені в дисертації закони та системи регулювання напруги, а також методи оптимізації можуть бути використані як основа при розробці та модернізації систем регулювання напруги в промислових та міських електричних мережах.

Використання одержаних результатів дозволило розробити і впровадити експериментальний зразок додаткового блоку до регулятора БАР системи регулювання напруги силового трансформатора АРТ-1Н. Це дозволило даній системі швидко відпрацьовувати значні відхилення напруги, що призвело до підвищення якості напруги. Впровадження здійснено на підприємстві Хмельницькі південні високовольтні електричні мережі ВАТ ЕК “Хмельницькобленерго”.

Підтвердженням впровадження результатів дисертаційної роботи є наявність відповідного акту.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримано автором самостійно. Запропоновано модель для дослідження дворівневої системи регулювання напруги ППП Matlab [5], запропоновано закон регулювання напруги з адаптивною зоною нечутливості і його технічна реалізація [6]. У роботах, опублікованих у співавторстві, автором виконано мінімізацію секвенційних виразів та реалізована структура регулятора напруги силового трансформатора [1], запропоновано метод моделювання системи регулювання напруги силового трансформатора [2], проведено моделювання системи регулювання напруги силового трансформатора в ППП Matlab [3], виконано мінімізацію секвенційних виразів та реалізована структура блоку прийняття рішення [4], запропоновано реалізацію основних блоків регулятора у цифровому виконанні [7], запропоновано структуру системи регулювання напруги трансформатора кінцевої підстанції [8], запропоновано підхід до реалізації блоку прийняття рішення [9], запропоновано підхід до реалізації системи регулювання напруги підстанції нижнього рівня [10], запропоновано критерій регулювання напруги підстанції верхнього рівня [11].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати виконаних у дисертації досліджень доповідались та обговорювались на Міжнародній науково-технічній конференції "Проблемы создания новых машин и технологий" (Кременчук, 1999 р.), Міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини" (Харків, 1999 р.), Міжнародній науково-технічній конференції "Проблемы создания новых машин и технологий" (Кременчук, 2000 р.), 5-th International Conf. on Development and Application Systems (DAS 2000) (Suceva (Romania), 2000), IV Міжнародній науковій конференції “Ефективність та якість електропостачання промислових підприємств” (Маріуполь, 2000 р.), VІ Міжнародна науково-технічна конференція “Контроль і управління в складних системах”, Вінницький державний технічний університет (Вінниця, 2001 р.), щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області, щорічних семінарах інституту кібернетики на базі ВДТУ “Технічна діагностика, ідентифікація і автоматичне управління в електроенергетичних системах” вінницької секції наукової ради НАН України по проблемі “Кібернетика” Інституту кібернетики ім. В.М.Глушкова НАН України.

Публікації. Основний зміст роботи опублікований у 11 друкованих працях, у тому числі 6 статей у наукових фахових журналах, що входять до переліку ВАК України, 4 статі та тез доповідей у збірках праць науково-технічних конференцій, отримано 1 патент України на винахід.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел (134 найменування), двох додатків. Основний зміст викладений на 125 сторінках друкованого тексту, містить 78 рисунків, 5 таблиць. Загальний обсяг роботи 157 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми досліджень, зазначено зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Вказано мету та задачі досліджень. Приведено характеристику наукової новизни та практичного значення одержаних результатів, а також описано їх апробацію, публікації та впровадження.

У першому розділі проведено огляд та аналіз існуючих методів та засобів регулювання напруги силових трансформаторів з пристроями РПН. Визначено, що всі вони вирішують лише одну з головних задач регулювання напруги: або підвищують якість напруги на споживачах, внаслідок чого збільшується кількість перемикань пристроїв РПН, або підвищують надійність енергопостачання за рахунок зниження якості напруги. В останньому випадку особливо несприятливими є режими, в яких мають місце суттєві відхилення напруги від номінального значення, що призводить до тривалого живлення споживачів напругою низької якості.

Проаналізовано системи як з механічними, так і з напівпровідниковими пристроями РПН. Визначено, що застосування тиристорних пристроїв РПН є перспективним напрямком розвитку систем регулювання напруги, але на теперішній час ефективне використання цих пристроїв обмежується вузлами середньої і низької напруги з невеликою потужністю трансформаторів внаслідок відсутності напівпровідникових ключів на великі напруги і струми.

На підставі проведеного аналізу сучасного стану проблеми сформульовано мету і задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі розроблено закони регулювання напруги силових трансформаторів з пристроями РПН.

За основу було взято закон регулювання напруги з найкращим співвідношенням якості напруги та надійності роботи системи, в якому враховується знак похідної огинаючої регульованої напруги. Однак даний закон не передбачає швидкої реакції на значні стрибкоподібні відхилення напруги, які виникають при підключенні або відключенні великої кількості споживачів (в масштабах району міста, потужного цеху підприємства). Тому попередній закон регулювання напруги удосконалено, введенням в нього додаткової умови, згідно якої при суттєвих відхиленнях напруги проводиться серія перемикань пристроєм РПН без витримки часу до повернення регульованої напруги до діапазону нормованих значень, в результаті чого зменшується час, на протязі якого рівень напруги на споживачах має недопустимі відхилення. Закон регулювання приймає вигляд:

де Кm – коефіцієнт трансформації трансформатора з РПН; u(t) – приведена напруга на шинах підстанції з урахуванням струмової компенсації; uн.з, uв.з – нижня і верхня границі зони нечутливості, які задаються з умов надійності; Uу – уставка регулятора, яка відповідає номінальній напрузі Uном на шинах підстанції; U(t) – поточне значення цієї напруги; Imin – струм, що знімається з шин підстанції в режимі мінімуму навантаження; I(t) – поточне значення цього струму; Uн.н – напруга на шинах низької напруги трансформатора; Ui – напруга, що індукується в обмотці високої напруги трансформатора при підключенні і-го відгалуження; К1 – коефіцієнт, який характеризує чутливість регулятора; К2 – коефіцієнт, який визначає нахил характеристики зустрічного регулювання; з – час затримки сигналу; – похідна огинаючої контрольованої напруги; U = Uв.з – Uном = Uном – Uн.з; Uв.з,н.з – напруга електричної мережі, яка відповідає верхній і нижній границям зони нечутливості регулятора, що задається з умов надійності; uв.з1,н.з1 – верхня і нижня границі зони нечутливості, обумовленої якістю регулювання напруги; tрег – час регулювання, на протязі якого значення напруги повертається в зону нечутливості, обумовлену надійністю роботи системи.

На кінцевих підстанціях (наприклад, 10/0,4 кВ) встановлюються трансформатори з перемиканням без збудження, які мають діапазон регулювання 5% з кроком 2,5%. Перемикання регулювальних відгалужень цих трансформа-торів можливе лише при відключенні трансформатора від мережі. Тому перемикання проводять лише кілька разів на рік. Запропоновано обладнати трансфор-матори кінцевих підстанцій напівпровідниковим пристроєм РПН і регулятором напруги. Це дасть змогу підвищити якість напруги у споживачів.

Для зменшення кількості перемикань механічного пристрою РПН транс-форматора районної підстанції пропонується об’єднати регулятори напруги на кінцевих підстанціях з регулятором напруги на підстанції верхнього рівня в єдину дворівневу систему регулювання, яка дає дозвіл на перемикання пристрою РПН лише тоді, коли певна кількість регуляторів кінцевих підстанцій вичерпали свій діапазон регулювання (рис. 1).

Рис. 1. Функціональна схема дворівневої системи регулювання напруги

Тр – трансформатор районної підстанції; Т1 – Тn – трансформатори нижнього рівня; Q1 – Qn – вимикачі; R1 – Rn – регулятори напруги нижнього рівня

Закон регулювання напруги для запропонованої системи приймає вигляд:

де  К j – ваговий коефіцієнт j-го трансформатора нижнього рівня; n – кількість трансформаторів нижнього рівня; Кп – пороговий коефіцієнт, що задає мінімальну кількість (суму вагових коефіцієнтів) трансформаторів, при запиті від яких дозволяється перемикання; mн j,в j – коефіцієнти, які визначають вичерпання діапазону регулювання j_м трансформатором нижнього рівня при регулюванні напруги в сторону її збільшення або зменшення відповідно.

де II(t) – поточне значення напруги на вихідних шинах трансформатора нижнього рівня; uII н.з,II в.з – значення напруги, що відповідають нижній і верхній межам зони нечутливості трансформатора нижнього рівня; II з – час затримки сигналу регулятора нижнього рівня.

На нижньому рівні регулювання напруги при випадковому характері наван-таження можуть виникати такі режими, коли відхилення напруги від середнього значення на вторинній обмотці трансформатора буде мати швидкозмінний харак-тер із зміною знаку. Якщо при таких умовах значення відхилення напруги буде перевищувати половину зони нечутливості регулятора, це призведе до перемикань відгалужень трансформатора в коливальному режимі, що негативно вплине на роботу споживачів і системи. Збільшення ширини зони нечутливості погіршить якість регулювання напруги при менших значеннях відхилення.

Для вирішення означеної проблеми пропонується автоматично змінювати ширину зони нечутливості регулятора в залежності від величини відхилення напруги вторинної обмотки трансформатора від її середнього значення з урахуванням струмової компенсації.

Значення нижньої і верхньої границь зони нечутливості пропонується визначати так:

, (4)

, (5)

де н – номінальне значення напруги на вихідних шинах підстанції; kз – коефіцієнт пропорційності, який визначає характер регулювання; Т – час вимірювання середнього значення напруги; Uсер – середнє значення приведеної напруги, яке визначається за формулою

. (6)

Таким чином, за запропонованим законом регулювання напруги ширина зони нечутливості змінюється в залежності від значення відхилення напруги від її середнього значення.

У третьому розділі обґрунтовано вибір математичного апарату секвенцій і запропоновано до використання метод синтезу функціональних схем систем регулювання напруги з використанням цього математичного апарату. На рис. наведено граф функціонування частини системи регулювання напруги за законом (1), яка реагує на значні стрибкоподібні відхилення напруги.

y1 –4  –   вихідні змінні, які відповідають положенню пристрою РПН на відповідному відгалу-женні силового трансформатора;

S1 –4  –  стани системи, які відпові-дають вихідним змінним;

uв.з,н.з1,

uв.з1,н.з1 – сигнали про вихід напруги за верхню або нижню межі зони нечутливості регулято-ра АРТ-1Н або розширеної зони нечутли-вості відповідно;

1 –  час відстроювання від короткочасних стрибків напруги в електричній мережі;

2 –  час, обумовлений часом закінчення перехідних процесів в електричній мережі при комутації відгалужень.

Даному графу відповідає секвенційний опис, який після мінімізації приймає вигляд

(T6T7)T61 ; (T6T7)T61T32 ; ;

(T6T7)T71T22 ; (T6T7)T71 ; y1;

(T6T7)T61T12 ; ; y2; (7)

(T6T7)T71T32 ; ; y3;

(T6T7)T61T22 ; ; y4,

(T6T7)T71T42 ;

де  Т1 – Т4 – тригери, якими запам’ятовуються стани S1 –4; Т5, Т6 – тригери, якими запам'ятовується знак відхилення напруги.

За виразом (7) побудована канонічна структурна схема, після перетворення якої із застосуванням серійних елементів отримано функціональну схему частини регулювання напруги, яка реагує на значні відхилення напруги (рис. 3). На схемі позначено: 1 – фільтр; 2,  – тригер Шмітта; 4 – логічний елемент “АБО”; 5,  – блок часової затримки; 6,  – логічний елемент “І”; 8 – логічний елемент “НІ”.

Рис. 3. Структурна схема частини системи регулювання напруги

Аналогічно синтезовано функціональні схеми блоку прийняття рішення дворівневої системи регулювання напруги (рис. 4) і регулятора напруги з адаптивною зоною нечутливості (рис. 5).

Рис. 4. Функціональна схема блоку прийняття рішення дворівневої системи регулювання напруги

На рис : 1 – логічний блок "НІ", 2 – логічний блок "АБО", 3, , ,  – генератори імпульсів, 4,  – лічильники імпульсів, 5 – блок цифрової константи, 7, ,  – логічні блоки "І", 11 – цифровий компаратор, 14 – мультиплексор.

На рис. : 1, , , , , , – аналогові суматори; 3, ,  – підсилювачі з зазначеними коефіцієнтами підсилення; 6,  – аналогові компаратори; 7,  – блоки часової затримки; 9, – вихідні підсилювачі команд керування; 8,  – логічні елементи "І"; 12 – блок визначення модуля; 13 – блок інтегрування; 15 – блок усереднення, 17 – блок уставки значення номінальної напруги.

Рис. 5. Функціональна схема регулятора напруги з адаптивною зоною нечутливості

У четвертому розділі побудовано математичні моделі розроблених систем регулювання напруги і досліджено їх роботу шляхом комп’ютерного моделю-вання в ППП Matlab. Ефективність роботи розроблених систем в порівнянні з існуючими визначалась за значенням середньоквадратич-ного відхилення напруги та кількістю перемикань механічного пристрою РПН, що відображено в табл. і табл. .

Результати моделювання свідчать, що застосування дворівневого регулювання за запропонованим законом призвело до зменшення кількості перемиsкань механічного пристрою РПН підстанції верхнього рівня втричі. При цьому середні значення напруг для кожної підстанції нижнього рівня знаходяться в допустимих межах, а значення середньоквадратичного відхилення зменшились.

З табл. видно, що при застосування адаптивної зони нечутливості значення середньоквадратичного відхилення мінімальне, причому середнє значення напруги знаходиться в допустимих межах.

Таблиця 1.

Результати обробки даних, отриманих в процесі моделювання роботи
дворівневої системи регулювання напруги

Параметр | Дворівневе регулювання | Однорівневе регулювання

Номер підстанції | Номер підстанції

1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3

Математичне сподівання, В | 373,7 | 384,9 | 373,7 | 378,8 | 385,0 | 367,0

Середньоквадратичне відхилення, В | 4,0 | 4,0 | 9,5 | 15,8 | 7,6 | 11,7

Кількість перемикань механічного пристрою РПН | 1 | 3

Таблиця 2.

Результати моделювання роботи регулятора напруги з адаптивною зоною нечутливості

Зона нечутливості | Математичне сподівання, В | Середньоквадратичне відхилення, В | Кількість перемикань

Адаптивна | 377,8 | 4,2 | 5

Фіксована 2% | 379,6 | 4,4 | 15

Фіксована 4% | 381,2 | 6,0 | 1

Розроблено метод оптимізації параметрів регулятора напруги нижнього рівня (ширини зони нечутливості і часу затримки перемикання) за критерієм мінімуму інтегралу квадрату відхилення напруги на споживачах від нормованого значення

. (8)

де c(t) – поточне значення напруги на шинах споживачів;

Uс.ном – номінальне значення напруги на споживачах.

Схема моделювання в Matlab для оптимізації зазначених параметрів регулятора приведена на рис. 6.

Рис. 6. Схема моделювання для проведення оптимізації

Також запропоновано підхід до оптимізації порогового коефіцієнту блоку прийняття рішення дворівневої системи регулювання напруги за критерієм мінімуму суми збитків від можливого виходу трансформатора з ладу та збитків споживачів від низької якості напруги

(9)

де С1 – величина втрат, обумовлених виходом трансформатора з ладу; С2 – величина втрат споживачів, обумовлених низькою якістю напруги; Р(Кп) – умовна густина імовірності виходу трансформатора з ладу в функції порогового коефіцієнта; Kj – ваговий коефіцієнт j-ї підстанції нижнього рівня; Uj(t) – поточне значення напруги на шинах j-ї підстанції нижнього рівня; Uj ном – номінальне значення напруги на шинах j-ї підстанції нижнього рівня; t1 –0 – інтервал спостереження; J1 – функціонал, який задає імовірність виходу трансформатора з ладу; J2 – функціонал, який враховує зниження якості напруги.

Умовну густину імовірності Р(Кп) виходу трансформатора з ладу в функції порогового коефіцієнта найбільш повно відображає гама-розподіл (10), який часто використовується в теорії надійності.

, (10)

Для даної задачі  (експоненційний характер розподілу) і , де  з – час затримки блоку БАР регулятора АРТ-1Н районної підстанції;  – значення зони нечутливості регулятора районної підстанції;

На рис. 7,а представлені графіки втрат Q1 від можливого виходу трансформатора з ладу в функції порогового коефіцієнта при різних значеннях зони нечутливості і часу затримки регулятора напруги верхнього рівня, приведені до значення таких втрат при роботі трансформатора без блоку прийняття рішення та мінімальних значеннях зони нечутливості і часу затримки на перемикання. Причому minmin 22 33.

Значення функціоналу J2 можна визначити експериментально або шляхом математичного моделювання. На рис. 7,б представлені залежності втрат Q2 споживачів, обумовлених якістю напруги, від значення порогового коефіцієнта, які отримані в процесі дослідження роботи дворівневої системи регулювання напруги з десятьма підстанціями нижнього рівня в ППП Matlab і приведені до значення втрат при роботі трансформатора без блоку прийняття рішення та з мінімальними значеннями зони нечутливості і часу затримки регулятора напруги верхнього рівня. Моделювання проводилось для різних значень зони нечутливості та часу затримки при заданому характері зміни вхідної напруги 110 кВ. Дані, отримані в процесі моделювання, були апроксимовані поліномом третього порядку в пакеті MathСad 7 Pro.

а)

б)

в)

Рис. 7. Графіки грошових втрат

а) від можливого виходу трансформатора з ладу;
б) від низької якості напруги; в) сумарні

Графіки суми приведених втрат Q12, яка відповідає приведеному значенню функціоналу (9), для різних значень зони нечутливості та часу затримки представлені на рис. 7,в.

З графіків на рис. 7,в видно, що існує явний мінімум критерію J(Кп) для різних значень добутку зони нечутливості і часу затримки перемикання. Причому, при збільшенні добутку з оптимальне значення порого-вого коефіцієнта зменшується.

Слід зазначити, що при іншій структурі мережі, інших значеннях вагових коефіцієнтів сумарні графіки втрат будуть відрізнятись від наведених. Але використовуючи розроблений метод оптимізації легко знайти оптимальне значення порогового коефіцієнту для кожного окремого випадку.

В п’ятому розділі запропоновано мікропроце-сорну реалізацію регулятора напруги трансформатора нижнього рівня (рис. ) і розроблено алгоритми його функціонування.

Також запропоновано мікропроцесорну реалізацію блоку прийняття рішення дворівневої системи регулювання напруги (рис. ), який автоматично проводить ітераційний процес оптимізації порогового коефіцієнту блоку прийняття рішення за критерієм мінімізації сумарних збитків від неякісного електропостачання і можливих збитків від виходу трансформатора з ладу.

Рис. 8. Функціональна схема мікропроцесорного регулятора
напруги нижнього рівня

CPU – мікропроцесор; ДНА, ДНB, ДНС – датчики напруги відповідно фаз А, В і С; ДСА, ДСB, ДСС – датчики струму; ПНА, ПНB, ПНС – перетворювачі напруги; ПСА, ПСB, ПСС – перетворювачі струму; НДА, НДB, НДС – нуль-датчики струму; RG1, RG2 – регістри; БП – блок підсилювачів; RAM – flash-пам’ять для зберігання параметрів регулювання; КВ – клавіатура; ІНД – індикатор; ПР – перетворювач рівнів сигналів для зв’язку з ПЕОМ або іншими пристроями.

Рис. 9. Функціональна схема мікропроцесорного блоку прийняття рішення

Для регулятора напруги нижнього рівня проведено оцінку похибок його вимірювальних каналів, структура яких показана на рис. . Визначено, що похибки не перевищують значення похибки вимірювального трансформатора струму.

Рис. 10. Структура вимірювальних каналів регулятора нижнього рівня

У додатках наведено прикладну програму у середовищі MathCad .0 Pro для проведення оптимізації порогового коефіцієнта блоку прийняття рішення дворівневої системи регулювання напруги за експериментальними даними; акт впровадження результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

Основні наукові та практичні результати дисертаційної роботи є такими.

У галузі теоретичних та експериментальних досліджень:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

У галузі практичного використання:

1.

2.

3.

4.

5.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Грабко В.В., Львов І.Ю. Про один метод синтезу регулятора напруги для силових трансформаторів з пристроями РПН // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 4. - Донецк: ДонГТУ. – 1999. – С.258-262.

2. Мокін Б.І., Грабко В.В., Львов І.Ю. До питання підвищення ефективності регулювання напруги в електричних мережах // Вісник ВПІ. – 1999. - №3. – С.32-35.

3. Мокін Б.І., Грабко В.В., Львов І.Ю. Комп’ютерне моделювання системи регулювання напруги в електричних мережах // Проблемы создания новых машин и технологий. Сборник научных трудов Кременчугского государственного университета, выпуск 2. – Кременчуг: КГПИ. – 1999. – 143-146.

4. Грабко В.В., Львов І.Ю. Синтез структури блоку прийняття рішення ієрархічної системи регулювання напруги // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПУ. Вып. 2/2000 (9). – Кременчуг: КГПУ, 2000. – С.65–68.

5. Львов І.Ю. Моделювання дворівневої системи регулювання напруги в електричних мережах // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах, №3. – 2000. – С. –91.

6. Львов І.Ю. Підвищення якості регулювання напруги силового трансформатора // Вісник ВПІ. – 2002. – №3. – С. _.

7. Пат. А Україна. Регулятор напруги для силових трансформаторів: Пат. 35207А Україна, МКИ Н  Р /06 / Б.І. Мокін, В.В. Грабко, І.Ю. Львов; Вінницький державний технічний університет. – №99094925; Заявл. 03.09.99; Опубл. 15.03.01, Бюл. №2.

8. Грабко В.В., Львов І.Ю. До питання підвищення якості напруги в електричних мережах // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини, випуск 6. –Київ: “ФАДА, ЛТД”. – 1999. – С.94-96.

9.GrabkoLvov I. About one method to control the voltage in electric nets // Proc. 5-th International Conf. on Development and Application Systems (DAS 2000). – Suceva (Romania). – 2000. – С.16-19.

10. Мокін Б.І., Грабко В.В., Львов І.Ю. Спосіб регулювання напруги в електричних мережах // Збірка праць IV – ої Міжнар. наукової конференції “Ефективність та якість електропостачання промислових підприємств” (PQ 2000). – 2000. – С.153.

11. Грабко В.В., Львов І.Ю. Спосіб регулювання напруги в електричних мережах // Книга за матеріалами VI-ої міжнародної науково-технічної конференції "Контроль і управління в складних системах" (КУСС-2001). – Вінниця: "УНІВЕРСУМ-Вінниця". – 2001. – С. .

АНОТАЦІЯ

Львов І.Ю. Дворівнева система регулювання напруги електротехнічних пристроїв. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 — Електротехнічні комплекси та системи. — Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2002.

Дисертація присвячена питанню регулювання напруги силових трансформаторів з пристроями РПН. Розроблено закони регулювання напруги силового трансформатора з швидкою реакцією на значні відхилення напруги, регулювання напруги з адаптивною зоною нечутливості та дворівневого регулювання напруги. Удосконалено метод синтезу систем регулювання напруги і алгоритмів їх функціонування шляхом використання математичного апарату секвенцій. Проведено комп’ютерне моделювання роботи розроблених систем і досліджено ефективність їх роботи. Дістали подальший розвиток методи оптимізації параметрів розроблених систем регулювання напруги. Запропоновано мікропроцесорну реалізацію систем регулювання напруги і проведено оцінку похибок вимірювальних каналів.

Методи і технічні засоби пройшли промислову апробацію і впроваджені на підприємстві ВАТ "Хмельницькі південні електричні мережі "Хмельницькобленерго".

Ключові слова: закон регулювання напруги, математична модель, силовий трансформатор, регулювання під навантаженням, якість напруги, надійність електропостачання.

АННОТАЦИЯ

Львов И.Ю. Двухуровневая система регулирования напряжения электротехнических устройств. — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы. — Национальный университет "Львовская политехника", Львов, 2002.

Диссертация посвящена вопросу регулирования напряжения силовых трансформаторов с устройствами переключения под нагрузкой и разработке систем регулирования напряжения таких трансформаторов с целью повышения качества напряжения на потребителях и надежности электроснабжения.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы; представлены сведения об апробации, публикациях и реализации работы.

В первом разделе проведен анализ существующих методов и средств регулирования напряжения силовых трансформаторов с устройствами РПН, что позволило определить основные недостатки существующих разработок и обосновать необходимость поиска новых решений в этой области.

В втором разделе разработаны закон регулирования напряжения силового трансформатора с быстрой реакцией на значительные отклонения напряжения, закон регулирования напряжения с адаптивной зоной нечувствительности и закон двухуровневого регулирования напряжения.

Разработанные законы регулирования напряжения позволяют повысить качество регулирования напряжения в электрических сетях и надежность электроснабжения.

В третьем разделе для синтеза структурных схем систем регулирования напряжения применен метод синтеза на основе математического аппарата секвенций. В соответствии с методом на основе разработанных законов регулирования напряжения построены графы функционирования систем, выполнены и минимизированы секвенционные описания графов.

Показано, что минимизированные выражения позволяют не только перейти к структурным схемам устройств, но и получить формализованные алгоритмы роботы систем регулирования напряжения. Причем такие алгоритмы содержат минимизированное количество шагов и удобны для программирования цифровых устройств.

В четвертом разделе проведено исследование эффективности работы разработанных систем регулирования напряжения путем компьютерного моделирования.

Получил дальнейшее развитие метод определения оптимальных параметров регулятора напряжения подстанции нижнего уровня (ширины зоны нечувствительности и времени задержки переключения) по критерию качества напряжения на потребителях, который позволяет минимизировать потери от некачественного электроснабжения.

Получил дальнейшее развитие метод повышения экономической эффективности систем регулирования напряжения для задачи определения оптимального порогового коэффициента блока принятия решения двухуровневой системы регулирования напряжения.

В пятом разделе предложена техническая реализация разработанных систем регулирования напряжения в виде структуры микропроцессорного блока принятия решения с автоматической оптимизацией порогового коэффициента и структуры микропроцессорного регулятора напряжения трансформатора нижнего уровня.

Проведена оценка погрешностей измерительных каналов регулятора напряжения. Определено, что погрешности не превышают значения погрешности измерительного трансформатора тока.

Разработанные методы и технические средства прошли промышленную апробацию и внедрены на предприятии ОАО "Хмельницкие южные электрические сети "Хмельницкоблэнерго".

Ключевые слова: закон регулирования напряжения, математическая модель, силовой трансформатор, регулирование под нагрузкой, качество напряжения, надежность электроснабжения.

ABSTRACT

IllyaTwo-level System for Electrotechnical Devices Voltage Regulation. – Manuscript.

Thesis for obtaining the scientific degree of candidate of technical sciences on the specialty 05.09.03 – Electrotechnical Complexes and Systems. – National University "Lviv Politechnics", 2002.

The thesis considers the question of voltage regulation of power transformers with under load control devices. There had been developed the law for voltage regulation with quick response on considerable voltage deviation, for power transformers; the law for voltage regulation with adaptive insensitivity zone; the law for two-level voltage regulation. The synthesis method for voltage regulation systems together the algorithms of their functioning had been improved by application of the mathematical apparatus of sequences. There had been carried out the computer simulation of the developed systems' operation and its efficiency had been researched. The optimization methods for parameters of the developed systems for voltage regulation had been further developed. The microprocessor realization of voltage regulation system had been suggested and estimation of measuring channels errors had been done.

Methods and technical equipment were industrially tested an enterprise joint-stock company "Kmelnytsky South Electric Networks "Kmelnytskoblenergo".

Key words: voltage regulation law, mathematical model, power transformer, under load control, voltage quality, reliability of electric supply.

Підписано до друку 12.02.2003 р. Формат 29.742 1/4

Наклад 100 прим. Зам. №2003-021

Віддруковано в комп’ютерному інформаційно-видавничому центрі

Вінницького державного технічного університету.

м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 93. Тел.: 44-01-59