Среда, 2020-10-21, 9:31 PM
Коллекция материаловГлавная

Регистрация

Вход
Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта
Главная » 2014 » Сентябрь » 4 » Скачать Основы теории энергетических процессов в преобразовательных установках. Асанбаев, Юрий Алексеевич бесплатно
1:29 AM
Скачать Основы теории энергетических процессов в преобразовательных установках. Асанбаев, Юрий Алексеевич бесплатно
Основы теории энергетических процессов в преобразовательных установках

Диссертация

Автор: Асанбаев, Юрий Алексеевич

Название: Основы теории энергетических процессов в преобразовательных установках

Справка: Асанбаев, Юрий Алексеевич. Основы теории энергетических процессов в преобразовательных установках : диссертация доктора технических наук : 05.09.12 Санкт-Петербург, 2002 285 c. : 71 04-5/164-1

Объем: 285 стр.

Информация: Санкт-Петербург, 2002


Содержание:

Глава 1 Общая теория периодических энергетических процессов в преобразовательных установках
11 Общие свойства периодических функций,
12 Матричный метод расчета установившихся процессов в преобразовательных установках
13 Энергетические характеристики элементов цепи
14 Основные энергетические понятия и определения
141 Составляющие мгновенной мощносп-»-
142 Составляющие кажущейся мощности
143 Энергетические соотношения для линейного двухполюсника
15 Пассивная мощность и её составляющие
151 Реактивная мощ ность
152Искажающая мощность
153 Ключевая мощность
154Уравнительная или компенсирующая реактивная мощность
16 Электрическое сопротивление цепи Термины и определения
17 Методы расчёта энергетических процессов в преобразовательных установках
171 Методические основы энергетических расчётов электрических цепей
172 Цепь с последовательным включением двухполюсников
173 Цепь с параллельным-включением двухполюсников :
174 Баланс мощности в сложной элек1рической-цепИг —
Глава 2 Энергетические хграктеристики преобразователей^
21 Коэффициент мощности
22 Влияние пассивной мощности на потери
23 Общие принципы компенсации пассивной мощности
24 Классификация и сравнительные характеристики периодических энергетических процессов
Глава 3 ОСНСЕНЫЗ свс^хтва преобразоизтелзй
31 Последовательное включение несинусоидальных источниксз тока и напряжения
311 Постановка задачи
312 Режим максимальной мощности
313 Режим не макси мальной мощности,,
32 Электрическая цепь с источником постоянной ЭДС и переменным резистором
321 Электрическая цепь с переменным резистором
322 Электрическая цепь с переменным резистором и индуктивностью
323 Электрическая цепь с переменным резистором и емкостью324 Выводы --
33Энергетические процессы в цепи с электрической дугой
34 Парадокс активной нагрузки
Глава 4 Энергетические процессы в преобразователях
41 Преобразователь с полностью управляемыми тиристорами
411 Постановка задачи
412 Баланс мгновенных мощностей
413 Баланс кажущихся мощностей,,
414 Выводы
42 Двухполупериодный неуправляемый выпрямитель
421 Работа выпрямителя на резистивную нагрузку,
422 Работа выпрямителя на противо ЭДС
423 Определение мощности элементов схемы
424 Баланс мощностей в узлах
425 Баланс мощностей в замкнутых контурах схемы замещения,
43 Управляемый выпрямитель со средней точкой
431 Работа выпрямителя на чисто активную нагрузку,
432 Энергетические характеристики выпрямителя, работающего на чисто активную нагрузку
433 Работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку
434 Энергетические характеристики выпрямителя, работающего на актив но-индуктивную нагрузку
435 Энергетические характеристики выпрямителя со средней точкой
Глава 5 Измерение энергии и мощности в энергосистемах с мощнымипреобразователям и _ Э
51 Система измерения и учёта электроэнергии
52 Проблемы измерения и учёта мощности и электроэнергии в электрических сетях с искажёнными токами и напряжениями
53 Статистические методы повышения достоверности и качества информации об энергетическом процессе

Введение:

1. Актуальность исследования.Интенсивное внедрение в электроэнергетику преобразовательных установок большой единичной мощности вызывает появление в электрической системе искажений синусоидальности токов и напряжений [1 - 67, 98-139].Этот факт в настоящее время подтверждается не только прямыми измерениями, но и закреплён в национальных стандартах на качество электроэнергии и в документах, регламентирующих производство и потребление электрической энергии. Расширение области фактического существования в электрической системе режимов с искажёнными токами и напряжениями всё более настоятельно требует создания энергетической теории этих релшмов [140 - 184]. Необходимость создания такой теории диктуется как проблемами, возникающими при сведении балансов энергии и мощности в энергосистеме, так и при рассмотрении энергетических процессов в самих преобразовательных системах и устройствах, а также при рассмотрении процессов обмена энергией между ними и энергосистемой [149 - 183]. Общепризнанно, что искажения напряжения и тока вызывают добавочные потери энергии и мощности [22, 27, 40, 52, 100, 150, 151, 153,163,166 и др.]. Поэтому проблема искалсений, рассматриваемая с позиций теории энергетических процессов, весьма тесно связана с проблемой повышения эффективности работы всей электрической системы [157 - 179]. Это определяет актуальность и важность разработки теории энергетических процессов при несинусоидальных токах и напряжениях.Существующее положение в этой области теории достаточно противоречиво. С одной стороны, разработаны методы расчёта напряжений и токов при наличии искажений. В частности, при использовании различных разновидностей гармонического анализа успешно решаются задачи контроля качества электроэнергии (спектрального состава токов и напряжений), фильтрации и компенсации искажений и другие [100, 149 и др.]. С другой стороны, единых методов энергетических расчётов, т. е. расчётов энергии и мощности по заданным несинусоидальным токам и напряжениям, не создано до сих пор. Вместо них, по существу, имеется некоторый набор методов и приёмов решения частных задач. Сюда можно отнести методы расчёта, основывающиеся на предположении, что искажения существуют только в токе, приближённые методы расчёта «по первой гармонике» и др. [100-107, 109 - 117, 123-135, 139]. В стандартах России и МЭК для несинусоидальных токов и напряжений дано определение только кажущейся мощности и средней составляющей активной мощности [142, 145]. Общепринятых методов оценки энергетической эффективности как отдельных установок, так и электрической системы в целом при наличии искажений в токе и напряжении нет. Более того, при наличии искажений существуют разногласия даже в оценке правильности алгоритмов измерения активной мощности [150]. С внедрением микропроцессорных устройств ограничивающим фактором повышения точности измерений и учёта электроэнергии в основном стала не техническая реализация измерительных устройств, а их алгоритмическое обеспечение, т. е. научное обоснование алгоритмов и формул вычислений [22,150-156].Из-за отсутствия энергетической теории появляются теории «об обратном потоке энергии» от нагрузки в сеть [52, 150, 151, 166], неясности в определении КПД преобразователей и трансформаторов [107, 134] и даже предложения о перекачке энергии «из вакуума» с помощью электрической дуги [92 - 94].Отставание теории особенно недопустимо при переходе энергетики к рыночным отношениям, которые диктуют необходимость всемерного сокращения издержек производства, в частности, потерь энергии и мощности, а также повышения точности учёта на всех стадиях производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии-[157 -165].Отсутствие научно обоснованного подхода к решению указанных энергетических проблем неоднократно подтверждено выступлениями у нас и за рубежом [1 - 3, 30- 53, 50, 51, 90, 91]. Об этом свидетельствуют материалы специального заседания Научного Совета АН СССР, рассматривавщего в 1984 г методические аспекты понятий "активная и реактивная мощность," материалы Европейского Международного семинара по определению и измерению мощности в несинусоидальных процессах [55 - 67], материалы дискуссии, организованной в 1996 г. рабочей группой IEEE по той же проблематике. На этой дискуссии [22 - 24] принято предложение об использовании «практических» определений составляющих мощности переменного тока при наличии искажений (в 1998г. это предложение получило премию IEEE [24]).Необходимо отметить, что существующее положение возникло не из-за невнимания энергетиков к рещению данной проблемы. Начало развития теории энергетических процессов было положено в прощлом веке трудами М. ДоливоДобровольского. Ч. Штейнмеца, Ц. Пулье и других учёных. К концу прошлого века были сформулированы понятия активной, «безваттной» (реактивной) мощности и электрического сопротивления для цепей с синусоидальными токами и напряжениями. Однако собственно теория энергетических процессов в С цепях с несинусоидальными токами и напряжениями начинает развиваться только после появления работ Будяну [4 6] (1927 г.) и Фризе [4 7] (1931 г.). До сего времени в этой области интенсивно работают учёные многих стран [1 - 67].Были предприняты многочисленные попытки обобщить понятие реактивной мощности на несинусоидальные процессы или ввести другие общие понятия, заменяющие ее. Однако к созданию общепринятой энергетической теории, адекватно отражающей энергетические процессы в общем случае, при наличии искажений и в токе, и в напряжении, эти усилия не привели.В отечественной литературе разработке фундаментальных теоретических положений и рещению различных конкретных проблем теории процессов с несинусоидальными токами и напряжениями посвящены труды академиков В.Ф. Миткевича, К.А. Круга, Л.Р. Неймана, К.С. Демирчяна, Н.Н. Тиходеева, профессоров А.В. Поссе [99-103, 136], В.А. Лабунцова [ПО], Г.С. Зиновьева [5,6,112], О.А. Маевского [111], Н.П. Матханова [71,72] и других учёных [1-67, 98 - 117, 150-184]. Важный вклад сделали Emanuel А. [22, 23, 62, 63], Nowomiejski. [30], Czamecki L.S. [32, 33, 57], Filipski P.S. [34, 50, 65, 66, 154 156], Depenbrock M. [58-61] и другие зарубежные исследователи.Дискуссии по данному направлению отличаются ожесточенностью и бескомпромиссностью [44]. Количество публикаций очень велико (только с 1965 по 1985 г.г. опубликовано более 500 работ). Перечислим наиболее распространенные предложения. Метод разложений в частотной области Будеану [46] положен в основу американского стандарта на термины и определения, на нем базируются основные руководства по силовой электронике [16-23, 116-134 и др.].Органический недостаток всех частотных методов - отсутствие физического обоснования математических процедур из-за невозможности использования понятий составляющих мгновенной мощности. Вследствие этого появляются эффекты, свидетельствующие о внутренней противоречивости данного метода.Основной недостаток метода Фризе [47] (разложение во временной области) тот же - отсутствие физического обоснования и возможность разложения мгновенной мощности только на две ортогональные составляющие. К.А. Круг [74] рассматривал мощность ключевого элемента как реактивную, Troger R [40] ввел внещнюю, реверсную, входную и взаимную мощности, Penfild, П., Spens R., Duinker S., [80] свели энергетическую теорию к теореме Теледжена. О.А. Маевским [4] предлолсена приведенная реактивная мощность. Page Н. [31] формулы для мощности непериодических процессов, Ф.П Жарков [26] предложил обменную мощность, Д.Е. Кадомский [14, 15] - интегральную приведенную реактивную мощность. Е.И.Беркович [35] рассматривал реактивную мощность как информационное понятие, К.С. Демирчян [1, 2] предложил ортомощность для задач минимизации потерь и компенсации мощности, В.А. Лабунцов [110] ввел термин «пассивная мощность», Depenbrock М. [59] предложил метод FBD, Emanuel А. и др. [22,23,24] предложили "практическое" определение составляющих мощности. ^ При исследовании энергетических свойств возможны два подхода в определении мощности электрической системы [2-4, 7, 15. 17, 22, 36, 41 и др.].Один подход характеризуется поиском универсальных формул, описывающих некоторые фундаментальные свойства системы на основании исследования только свойств напряжения и тока, отвлекаясь от рассмотрения структуры цепи и состава ее элементов. Такой подход характерен при исследовании энергетических характеристик в некоторой точке энергетической системы, когда нагрузки и источники представлены обобщенными параметрами, не отражающими внутреннюю структуру составляющих элементов. По самой постановке задачи этот подход характеризуется множеством возмолшых решений.Второй подход (принятый в диссертации), преследует узко прагматические цели: разработать методы определения составляющих мощности источников энергии и их зависимость от состава элементов и структуры цепи. При таком подходе задача анализа энергетического процесса имеет единственное решение. Основу этого подхода составляет рассмотрение мгновенных значений мощности, отражающих физическую сторону энергетического процесса в цепи.Сам энергетический процесс рассматривается как взаимодействие различных составляющих мощности. Это определение составляющих мощности, с учётом их роли в энергетическом процессе всей цепи, носит системный характер.Изучение различных фундаментальных свойств цепи в целом обеспечивается сочетанием обоих подходов и использованием как системных, так и внесистемных определений составляющих мощности, описывающих энергетические свойства цепи в других аспектах [1, 2, 4, 5, 7-15, 18 и др.].2. Цели и задачи исследования При выполнении настоящей работы были поставлены следующие цели.Разработать методы анализа и расчета периодических (установившихся) энергетических процессов в преобразовательных установках при наличии любых искажений и в токе, и в напряжении, при любой конфигурации сети и любых источниках энергии, считая известными все мгновенные токи, напряжения и Таблица B.l. Формулы для определения составляющих мощности несинусоидальных процессов Стандарт США (метод Будеану 1927 г.) Круг 1936 г. реактивная Troger 1953 г. (немецкий стандарт) Маевский 1978 г. приведенная реактивная Жарков 1984 г.Обменная мощность Кадомский 1987 г.Приведенная реактивная Демирчян 1992 г.Общая теория должна явиться основой для разработки специальных разделов, направленных на решение частных общетеоретических и практических задач (выявление особенностей процессов в многофазных системах, исследование резонансов и компенсации составляющих мощности, влияние составляющих на качество электроэнергии, связь их с потерями и КПД и т.д.).В качестве практического применения общая теория должна дать научное обоснование разработкам системы измерений энергии и мощности для автоматизированных систем управления технологическими процессами электрических станций и подстанций, обеспечивающих информационную поддержку для решения задач диспетчерского и автоматического управления.Новые научные положения, выносимые на защиту 1. Основы новой теории энергетических процессов в преобразовательных устройствах, включающие - Матричный метод исследования и анализа периодических процессов, описываемых разрывными функциями; - Систему основных энергетических понятий, их физическое обоснование и математическое описание; - Поэлементный метод разложения мгновенной и кажущейся мощности на составляющие; - Уравнения баланса составляющих мгновенной и кажущейся мощности для параллельного и последовательного соединения элементов, для ветвей, узлов и контуров сложных схем.2. Методы исследования энергетических характеристик и основных свойств типовых преобразователей, включающие - Определение энергетических показателей и регулировочных характеристик преобразователей; - Методы анализа влияния пассивной мощности на потери; - Общие принципы компенсации пассивной мощности; - Методы исследования общих свойств преобразователей; - Методы расчета мощности преобразовательных трансформаторов.3. Научное обоснование методов измерений энергии и лйощности е АСУТП преобразовательных подстанций.Эти положения положены в основу методов решения задач, представляющих практический интерес. Применение этих методов иллюстрируется анализом энергетических установившихся режимов различных конкретных схем, содержащих нелинейные, вентильные и ключевые элементы, анализом схем компенсации составляющих мощности, алгоритмами измерения мощности и учёта электроэнергии при наличии искажений, программно-алгоритмическими методами повышения достоверности и качества первичной информации АСУ ТП об энергетическом процессе на основе теории оценивания состояния режима подстанции.3. Методологическая основа исследований.Методологической основой диссертационной работы явились теоретические положения и принципы системного подхода, сформулированные в работах В.Ф. Миткевича (1928г.), Л.Р. Неймана (1975 г.), К.С. Демирчяна (1992 г.), К.А. Круга (1936 г.) и развитые ведущими отечественными специалистами А.В. Поссе (2001 г.), В.А. Лабунцовым (1993 г.), Г.С. Зиновьевым (1992 г.), О.А. Маевским (1978 г.), Н.П. Матхановым (1986 г.), Ф.П Жарковым (1984 г.), Н.Н Щедриным (1966 г.), А.В. Нетушилом (1993 г.), Д.Е. Кадомским (1987 г.), Ю.С. Крайчиком (2000 г.), В.И. Емельяновым (1961 г.) Ю.Г. Толстым (1978 г.), В.И. Кочкиным (2000 г.) и другими [1-6, 14-18, 20, 26-29, 35-44, 48-49, 52, 68-115, 118-142, 147-152, 163-165]а также зарубежными учеными Budeanu С I (1927 г.), Fryze S. (1931 г.), Emanuel А. (1999 г.), Depenbrock М (1994 г.), Nowomiejski (1981 г.), Czamecki L.S. (1985 г.), Filipski P.S. (1993 г.) и другими [22-25, 30-34, 45^7,50-67,116-117].Основополагающим принципом, которому стремился следовать автор, было «умение понимать физическую сторону происходящих процессов и на этой основе оценивать достоверность полученных числовых данных. Последнее возможно лишь после осмысливания и понимания физики электромагнитных явлений в электрических цепях.» Этот принцип, сформулированный академиком К.С. Демирчяном [1-3, 68], выражает главную традицию отечественной школы теоретической электротехники и особенно её Петербургской школы.4. Научная новизна работы заключается в том, что автором: - разработан оригинальный математический аппарат исследования несинусоидальных периодических энергетических процессов, существенно упрощающий выкладки и делающий легко обозримыми результаты исследования; - разработана теория периодических (установившихся) энергетических процессов в преобразовательных установках, включающая ряд новых энергетических понятий для мгновенной и кажущейся мощности, опирающаяся на четкие физические представления о процессах, происходящих в сложных нелинейных цепях при несинусоидальных напряжениях и токах; установлена взаимосвязь между составляющими мощности источников энергии и мощностью отдельных пассивных элементов; разработаны формулы для вычисления электрического сопротивления отдельных элементов цепи в несинусоидальных процессах; - дана универсальная классификация установившихся энергетических процессов, основывающаяся на введенных понятиях составляющих энергии и мощности; - разработана методика расчета балансов мощности в ветвях, узлах и контурах преобразовательных устройств. - на основе вновь введенных понятий дана обоснованная интерпретация физического содержания и роли в энергетических процессах составляющих мгновенной и кажущейся мощности; - дано обоснование общей методики расчета компенсации пассивных составляющих мощности и минимизации потерь; - обоснована методика измерения энергии и мощности при несинусоидальных напряжениях и токах; - дано научное обоснование методов расчета энергетических показателей, регулировочных характеристик и показателей эффективности использования силового оборудования преобразовательных установок; 5. Практическая значимость работы.Практическая значимость работы заключается в решении важной народнохозяйственной проблемы: научное обоснование методов и средств расчёта и измерений электрической энергии и мощности в энергосистемах, содержащих мощные преобразовательные установки, являющиеся источниками искажений синусоидальности напряжений и токов. При этом решены следующие задачи: - разработана математическая теория и методы расчета установившихся энергетических процессов, ориентированные на решение задач, возникающих при исследованиях, проектировании и эксплуатации вентильных преобразователей, особенно в системах, выполненных на новейших принципах и технологиях; - дано научное обоснование методик расчета и способов компенсации пассивных составляющих мощности; - дано научное обоснование методов минимизации потерь в преобразовательных установках; - обоснованы методы измерения составляющих энергии и мощности при несинусоидальных напряжениях и токах.6. Конкретные результаты работы.Конкретными результатами работы является создание алгоритмов расчета и измерений энергии и мощности в преобразовательных установках при наличии искажений синусоидальности напряжения и тока.7. Апробация работы.Содержание работы отражено в монофафии автора и в 20 публикациях.Результаты разработок автора были доложены на 4 конференциях и 3 семинарах. В том числе на 8-й международной конференции по МГДпреобразованию энергии в 1983 г., на конференции-совещании Преобразовательная техника в энергетике (ПТЭН-84), на семинаре секции Международной Энергетической академии в 2001 г., на заседаниях НТС ОАО «НИИПТ» в 1996 и 2001 Г.Г., на конференциях в РАО «ЕЭС России». Результаты работы использованы автором при чтении лекций по измерениям энергии и мощности на курсах повышения квалификации в ГВЦ РАО «ЕЭС России» в 1999 -2000 г.г. Монография автора передана в ГУП «ВЭИ», ОАО «ВНИИЭ», библиотеки СПбГТУ, СПбГЭТУ и другие организации для практического использования в работе. Результаты диссертационной работы использованы в ОАО «НИИПТ» при внедрении АСУ ТП на Выборгской преобразовательной подстанции элек^ тропередачи Россия - Финляндия и в научно-исследовательских работах института по тематике АСУ ТП подстанций. В рамках данного направления работ сотрудницей отдела АСУ ТП Т.Г. Горелик под руководством автора в 2001 г, успешно защищена кандидатская диссертация.8. Объем и структура диссертации.Работа содержит пять глав и два приложения. В первой главе «Общая теория периодических энергетических процессов в преобразовательных установках» сформулированы основные энергетические понятия, исходные концептуальные положения теории, даны определения составляющих мгновенной и кажущейся мощности и энергии и формулы для их вычисления, проанализировано физическое содержание каждой составляющей мощности. В этой же главе приведены определения электрического сопротивления и общие методы расчёта энергетических процессов в сети сложной конфигурации при произвольных \ ^ периодических воздействиях.Вторая глава «Энергетические характеристики преобразователей» посвящена исследованию общих свойств энергетических процессов в преобразователях при произвольных периодических воздействиях. Даны соотношения для определения коэффициентов мощности, общие формулы оценки потерь, сформулированы принципы компенсации пассивной мощности, приведена классификация периодических энергетических процессов.Глава третья «Основные свойства преобразователей» посвящена анализу процессов обмена и преобразования энергии в некоторых типичных преобразовательных схемах, ставших образцовыми при исследованиях несинусоидальных процессов. В частности, подробно рассмотрены энергетические процессы в цепи с переменным резистором, индуктивностью и ёмкостью, и процессы в цепи с электрической дугой. Исследована цепь, содержащая только вентиль и резистор. Этот пример рассмотрен очень подробно. Проанализированы причины неправильных толкований существа энергетических процессов в данной схеме. <^ В четвертой главе «Энергетические процессы в преобразователях» как пример применения энергетической теории приведены результаты исследования процессов в наиболее распространённых преобразовательных установках.Пятая глава «Измерение энергии и мощности в энергосистемах с мощными преобразователями» посвящена вопросам применения теории к измерению энергии и мощности в режимах с несинусоидальными токами и напряжениями.Измерение энергии и мощности рассматривается здесь как подсистема информационной поддержки систем управления технологическими процессами на уровне подстанций и электростанций. Изложены результаты разработки микропроцессорной системы измерений, предназначенной к внедрению в АСУ ТП подстанций. Приведено сопоставление принятого разложения энергии и мощности при несинусоидальных процессах с определением аналогичных составляющих, установленных в национальном стандарте США. В заключение раздеf ла рассмотрены методы повышения достоверности и качества информации об энергетическом процессе с помощью теории оценивания состояния и рассмотрены перспективы улучшения диспетчерского управления режимами ЕЭС России при внедрении новых методов сбора энергетической информации.В приложении 1 приведена математическая модель энергетических процессов в электрической цепи в виде аналогии, описывающей экономические отношения двух транспортных предприятий. Предельно простая и наглядная постановка задачи позволяют выявить физическую сущность энергетических процессов при изменениях форм тока и напряжения и сдвига между ними.В приложении 2 рассмотрена аналогия процессов в электрической цепи и в механической системе. Рассмотрено установившееся движение материальной точки под действием периодической возмущающей силы.'Простота и наглядность процессов в механической системе позволяют лучше понять физическое содержание составляющих мгновенных и кажущихся мощностей.

Скачивание файла!Для скачивания файла вам нужно ввести
E-Mail: 1662
Пароль: 1662
Скачать файл.
Просмотров: 218 | Добавил: Диана33 | Рейтинг: 0.0/0
Форма входа
Поиск
Календарь
«  Сентябрь 2014  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930
Архив записей
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Copyright MyCorp © 2020 Создать бесплатный сайт с uCoz