CC BY
121
например, о возрасте, сердечном ритме, уровне калия в сыворотке крови, а затем выдает набор рекомендаций для начальной терапии. После того как пациент получил начальную дозу, программа анализирует реакцию пациента, выраженную в ответах клинициста на другой набор вопросов, и выдает новую схему лечения. Знания о лечении дигиталисом представлены как иерархия понятий в семантической сети. Интерпретатор выполняет планы в базе знаний (например, проверяет чувствительность к дигиталису, вызванную преклонным возрастом). Система содержит средства объяснения, порождающие объяснения непосредственно из исполняемого кода. DIGITALIS ADVISOR реализована на языке OWL. Она разработана в Мас-сачусетском технологическом институте и доведена до уровня демонстрационного прототипа.
Экспертная система EXSYS. Данная экспертная система используется в различных отраслях промышленности, т.к. является программной оболочкой, которая может быть как диалоговой (непосредственные ответы на вопросы пользователя), так и вложенной, где все исходные данные поступают от другой программы. Диапазон проблем, которые могут быть решены экспертными системами, обширен [5].
Экспертные системы могут быть разработаны в EXSYS для любой проблемной области, в которой для решения какой-либо задачи необходимо сделать выбор среди определенного набора вариантов, а процесс достижения этого решения основан на логических шагах. Любая проблемная область, где человек или группа людей имеют специальные экспертные знания, необходимые другим, является возможной областью применения ПО EXSYS . Экспертные систе-
мы могут помочь автоматизировать выполнение сложных инструкций, выбрать какое-либо изделие из группы изделий или диагностировать оборудование.
Инструменты программного обеспечения EXSYS используются для создания вероятностных, основанных на знаниях, экспертных систем. Компания EXSYS полагает, что наиболее эффективный путь построения экспертных систем состоит в том, чтобы обеспечить экспертов средствами, которые позволили бы им самим создавать эти системы. Результаты такой политики говорят за себя - ПО EXSYS успешно работает в широком диапазоне реальных проблем, с более чем 11000 пользователей во всем мире. EXSYS-программы рассчитаны на то, что экспертные системы будут создаваться экспертами проблемной среды совместно с профессионалами в области построения инженерных знаний.
Выводы. Как видно из обзора, основными направлениями использования экспертных систем являются: военная промышленность, медицина, 1Т-технологии. Именно в этих отраслях использование экспертных систем в настоящее время приобретает все большую популярность в связи с тем, что идет постоянная модернизация оборудования, используемого на производстве. Современные технологии на производстве не могут обойтись без использования персональных компьютеров, соответственно применение экспертных систем становится все более востребованным, начиная с простейших систем диагностирования и заканчивая сложными системами диагностики, контроля и наладки оборудования.
Статья поступила 13.02.2014 г.
Библиографический список
1. Частиков А.П., Гаврилова Т.А., Белов Д.Л. Разработка экспертных систем. Среда CLIPS-СПб.: БХВ-Петербург, 2003.
2. Колесников А.В. Гибридные интеллектуальные системы: Теория и технология разработки / под ред. А.М. Яшина. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001.
3. Бохуа Н.К., Геловани В.А., Ковригин О.В. Экспертные
системы: опыт проектирования. М.: МНИИПУ, 1990.
4. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему: пер. с англ. М.:ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1991.
5. Корухова Л.С., Любимский Э.З., Малышко В.В. Программные средства реализации ассоциативного планирования: препринт ИПМ им. М.В.Келдыша РАН №10. М., 2002.
УДК 621.311
СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
© А.С. Селезнев1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Аргументируется актуальность проблемы нормализации несинусоидальных режимов в электрических сетях высокого напряжения. Излагаются способы снижения уровня высших гармоник в электрических сетях высокого напряжения. Представлены результаты натурных испытаний на объектах действующей энергосистемы. Рассмотрены условия, ограничивающие применением предложенного метода. Приведены практические рекомендации по использованию фильтров специальной настройки. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 11 назв.
Ключевые слова: нелинейная нагрузка; фильтр; высшие гармоники; качество электрической энергии; электрическая сеть; методика.
1Селезнев Алексей Спартакович, соискатель степени кандидата технических наук, тел.: 89246022602, e-mail: [email protected]
Seleznev Aleksei, Competitor for a Candidate's degree, tel.: +79246022602, e-mail: [email protected]
REDUCING LEVEL OF HIGHER HARMONICS IN HIGH VOLTAGE ELECTRIC NETWORKS A.S. Seleznev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article argues the relevance of the problem of non-sinusoidal regime normalization in high voltage electric networks. The methods to reduce the level of higher harmonics in high voltage electric networks are described. The results of field tests on the facilities of existing energy grid are given. The conditions limiting the application of the proposed method are discussed. Practical recommendations on the use of specially adjusted filters are given. 4 figures. 2 tables. 11 sources.
Key words: nonlinear load; filter; higher harmonics; power quality; electric network; procedure.
В электроэнергетических системах со значительной долей нелинейной нагрузки высшие гармоники вызывают неблагоприятные последствия, среди которых следует выделить: увеличение потерь электроэнергии в основных элементах электроэнергетических систем; ускоренное старение изоляции электрооборудования и как следствие сокращение срока службы с выходом его из строя, браком продукции и авариями; сбои в работе устройств релейной защиты и автоматики, телемеханики и связи; затруднение компенсации реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов; увеличение погрешности электроизмерительных приборов [2, 4, 10]. В связи с этим особое значение имеет решение комплекса научно-технических задач, связанных как с улучшением качества электрической энергии, так и с повышением надежности и экономичности работы электроэнергетических систем
[3].
Я
С
C
L
R -CZb
Рис. 1. Принципиальные схемы пассивных фильтров высших гармоник: а - широкополосного фильтра; б - узкополосного фильтра
Целью работы является разработка метода снижения уровня высших гармоник в сетях для приведения коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения Ка и коэффициентов п-й гармонической составляющей напряжения Код к нормам ГОСТ Р 54149-2010 [1].
В настоящее время широкое распространение получили три основных способа снижения уровня высших гармоник: применение пассивных, активных и гибридных (пассивно-активных) фильтров высших гармоник [2, 4, 5, 10, 11]. Схемы пассивных фильтров высших гармоник изображены на рис.1, примеры их расчетов приведены в [2, 4, 10].
В работе дается оценка снижения уровня высших гармоник в исследуемой сети. Рассматриваются вари-
анты снижения уровня высших гармоник с использованием пассивных фильтров, а именно с помощью узкополосного фильтра и фильтра специальной настройки (ФСН) (рис. 2).
а) б)
Рис. 2. Фильтр специальной настройки: а - схема электрических соединений; б - схема замещения
ФСН представляет собой последовательный резонансный контур из индуктивности 1_ и емкости С на фильтруемой частоте п, отличающийся тем, что в качестве индуктивности 1_ (реактора) последовательного резонансного контура используют низкую обмотку силового трансформатора (Т) или автотрансформатора (вместо специально устанавливаемого реактора, что значительно снижает стоимость предлагаемого устройства), а в качестве емкости С используют батарею статических конденсаторов (БСК) (рис. 2) [3, 9].
Рассматриваемый ФСН может быть эффективно использован при условии:
- наличия в сети трехобмоточных трансформаторов или автотрансформаторов;
- установки устройства в узлах сети, в которых диапазон фильтруемых гармоник узок (то есть состоит из одной или нескольких близких по частоте гармоник, например, 5 и 7 или 11 и 13 гармоники);
- нагрузка на стороне низкого напряжения трансформатора или автотрансформатора не превышает
0,5^.
11одс i я шги я Л"'^: I Годстамиия №3 I ТодСтам!ш и №4 11одстаниия №5 Рис. 3. Принципиальная схема электроэнергетической системы
Таблица 1
Результаты измерения показателей качества электрической энергии на объектах в нормальном и
ремонтном режимах
Объект До установки ФСН в нормальном режиме Вывод (соответствие ГОСТ Р 54149- До установки ФСН в ремонтном режиме Вывод (соответствие ГОСТ Р 541492010)
ш LO ZE ч: zn nz 2010) ш LO zn zn nz
ZD ^ ZD ^ ZD ZD ZD ^ ZD ^ ZD ZD
ГЭС, шины 500 кВ 2,102,88 2,383,36 2,0/ 3,0 Не соответствует 2,503,00 2,603,30 2,0/ 3,0 Не соответствует
ГЭС, 1-я секция шин 220 кВ 3,033,44 3,954,40 2,0/ 3,0 То же 1,932,58 2,383,11 2,0/ 3,0 То же
ГЭС, 2-я секция шин 220 кВ 3,434,02 3,714,34 2,0/ 3,0 -«- 7,088,43 7,939,38 2,0/ 3,0 -»-
ПС №1, 2-я секция шин 35 кВ 6,667,00 7,167,69 4,0/ 6,0 -«- 16,3419,11 17,2420,26 4,0/ 6,0 -«-
В электроэнергетической системе со значительной долей нелинейной нагрузки (рис. 3) проведены измерения. Результаты измерений, представленные в табл. 1, показывают, что значения коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения Ки на ряде подстанций исследуемой сети достигают 710% в нормальном режиме и 15-20% в ремонтном режиме, что превышает допустимые по ГОСТ Р 541492010 значения в 2-3 раза.
В табл. 1 указаны значения коэффициентов п-ой гармонической составляющей напряжения, соответствующие вероятности 95% за установленный период времени Ки В и наибольшие из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения Ки НБ. Поскольку значения коэффициентов рассчитаны прибором для каждого из 3-х фазных и 3-х линейных напряжений, в таблице указан диапазон, в котором находятся коэф-
фициенты для шести измеренных напряжений. Полужирным шрифтом выделено превышение значений коэффициентов п-ой гармонической составляющей напряжения, соответствующих вероятности 95%, за установленный период времени над его нормально допустимым значением Ки Нд, полужирным курсивом -наибольшего из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения над его предельно допустимым значением Ки Пд.
Гармонический состав напряжений, измеренных на шинах 35 кВ подстанции №1 (ПС №1, рис. 4), показывает влияние нелинейной нагрузки на искажение напряжения, которое в основном обусловлено 11-й и 13-й гармониками, преобладающими в спектре [8]. Аналогичный характер влияния можно отметить для ряда других подстанций исследуемой сети [6, 7].
17 20 23 26 Номер гармоники
Рис. 4. Значения коэффициентов п-х гармонических составляющих напряжения, измеренных прибором Ресурс ■
№2 на шинах 35 кВ ПС №1
Параметры ФСН вычисляются на основе разработанной методики, реализованной в соответствии с алгоритмом. За исходные данные при расчете ФСН принимаются:
a) фильтруемая гармоника (частота настройки фильтра) - п;
b) расчетная величина тока гармоники, протекающего через фильтр - /и , А;
c) номинальное линейное напряжение на шинах подстанции в месте включения фильтра - иш , кВ;
с1) максимальная мощность трехфазного короткого замыкания на шинах подстанции в месте включения фильтра - , МВА;
е) реактивное сопротивление обмотки низкого напряжения трансформатора (автотрансформатора)
на основной частоте - Х1п, Ом.
1. Коэффициент повышения напряжения основной частоты на выводах батареи за счет последовательного включения индуктивности и емкости:
2
п
а = —-.
п2 -1
2. Напряжение основной частоты на конденсаторной батарее фильтра (при соединении конденсаторов в звезду), кВ:
и. = аи
1с
3. Предварительно выбранное номинальное напряжение конденсаторной батареи фильтра:
ис < инбк.
4. Допустимый коэффициент загрузки конденсаторной батареи по напряжению (в зависимости от типа конденсаторов):
СиаОр = 1, либо СиОор = 1,1.
5. Коэффициент загрузки конденсаторной батареи по напряжению основной частоты:
0,77 < С, = < С , .
? и1 иаор
нбк
6. Допустимый коэффициент загрузки конденсаторной батареи по току (в зависимости от типа конденсаторов):
СЮр = 1,3, либ° СЮр = 1,5.
7. Коэффициент относительной мощности конденсаторной батареи фильтра:
с нерегулируемыми реакторами кп > 0,6 -10-2 для
п
= 5; к > 0,4-10
-2
для
п = 7;
кр > 0,25 -10 для п = 11 и п = 13; с регулируемыми реакторами к > 0,3-10 2 для
п
= 5; к > 0,2-10
-2
для
п = 7;
кр > 0,1-10"2 для п = 11 и п = 13.
8. Реактивное сопротивление конденсаторной батареи на основной частоте, Ом:
х1с = Хпп .
где Хш - реактивное сопротивление обмотки низкого
напряжения трансформатора на основной частоте.
9. Проводимость конденсаторной батареи на основной частоте, мкСм:
^ =—106.
1с
10. Расчетная величина тока основной гармоники, протекающего через фильтр, А:
I, = "'с10
Хс
11. Мощность конденсаторной батареи по условию эффективности поглощения тока гармоники, квар:
0 ' нбк = кр ^ах10 ,
где к - коэффициент относительной мощности конденсаторной батареи фильтра.
12. Мощность конденсаторной батареи по условию исключения недопустимой перегрузки, квар:
Л1 1 = 3инбк1 -
нбк
Сп
13. Мощность конденсаторной батареи на основной частоте, квар:
0 = зи2с103
с
14. Мощность конденсаторной батареи на частоте гармоники, квар:
Оп
312 X
п с
п103
15. Мощность конденсаторной батареи, выбранная с учетом параметров резонансной настройки последовательного колебательного контура, квар:
0 нбк = 01с + 0пс .
16. Расчетная мощность конденсаторной батареи фильтра:
принимается наибольшее значение из п. 11,12,15,
0нбк , квар.
17. Номинальный ток конденсаторной батареи фильтра, А:
_ 0нбк
I
нбк
3и
18. Реактивное сопротивление конденсаторной батареи на основной частоте, Ом:
Х1с = 3
й2103
О
нбк
19. Проводимость конденсаторной батареи на основной частоте, мкСм:
Т = —106.
1с
1с
20. Характеристическое сопротивление фильтра,
Ом:
рЧ Х1сХп.
21. Резонансная гармоника (частота настройки фильтра):
т
V
X,
1с
X.
22. Напряжение резонансной частоты на конденсаторной батарее фильтра, кВ:
"пс = 1пр10~\
где ипс - напряжение п -й гармоники на конденсаторной батарее.
23. Полное напряжение на конденсаторной батарее, кВ:
' 72Г
"с = й+й
24. Проверка правильности выбора номинального напряжения батареи фильтра:
йс < йнбк.
25. Реактивная мощность конденсаторной батареи на основной частоте (компенсирующая способность конденсаторной батареи фильтра), квар:
йс = °нбкСы1 .
26. Реактивная мощность конденсаторной батареи на частоте гармоники, квар:
Оп
X .10"
312 ^
п
нбк
27. Условие отсутствия перегрузки конденсаторной батареи по мощности, квар:
ас=01с+Ос < о*.
С учетом вышесказанного для снижения уровня высших гармоник в исследуемой сети предлагается подключение 2-х ФСН к шинам 6 кВ трансформаторов ПС №1.
В табл. 2 приведены расчетные значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки и гармонических составляющих Код до и после подключения 2-х ФСН к шинам 6 кВ трансформаторов ПС №1 в ремонтном режиме.
3
Таблица 2
Значения коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения Ки и гармонических со_ставляющих Ки(П) на подстанциях в ремонтном режиме _
Объект До установки ФСН в ремонтном режиме Вывод (соответствие ГОСТ Р 541492010) После установки ФСН в ремонтном режиме Вывод (соответствие ГОСТ Р 541492010)
Ки РАСЧ, (%) Ки нд/ Ки пд (%) К и РАСЧ, (%) Ки нд/ Кипд(%)
ГЭС шины 500 кВ 1,64 2,0/3,0 соответствует 1,90 2,0/3,0 соответствует
ГЭС, 1-я секция шин 220 кВ 4,40 2,0/3,0 не соответствует 4,69 2,0/3,0 не соответствует
ГЭС, 2-я секция шин 220 кВ 5,62 2,0/3,0 не соответствует 4,27 2,0/3,0 не соответствует
ПС №1, 2-я секция шин 35 кВ 21,51 4,0/6,0 не соответствует 3,68 4,0/6,0 соответствует
ПС №2, 2-я секция шин 35 кВ 23,19 4,0/6,0 не соответствует 3,03 4,0/6,0 соответствует
ПС №3 35 кВ 22,91 4,0/6,0 не соответствует 3,79 4,0/6,0 соответствует
ПС №4 35 кВ 21,10 4,0/6,0 не соответствует 2,77 4,0/6,0 соответствует
ПС №5 35 кВ 20,37 4,0/6,0 не соответствует 2,68 4,0/6,0 соответствует
Расчетные значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки РАСЧ, до подключения 2-х ФСН к шинам 6 кВ трансформаторов ПС №1, на ряде подстанций рассматриваемой части электроэнергетической системы превышают нормально допустимое значение Ки Нд и предельно допустимое значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки Пд согласно нормам ГОСТ Р 54149-2010. Подключение 2-х ФСН к шинам 6 кВ трансформаторов ПС №1 позволяет снизить значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки в прилегающие к ГЭС сети до значений менее предельно допустимых по ГОСТ Р 54149-2010.
Выводы
1. В исследуемой сети на ряде ПС значения коэффициентов Ки и Ки(П) значительно превышают нормы ГОСТ Р 54149-2010.
2. Для снижения уровня высших гармоник в исследуемой сети предлагается к установке ФСН, что позволяет привести показатели качества электрической энергии, в частности коэффициенты Ки и Код, к нормам ГОСТ Р 54149-2010.
3. Подключение ФСН позволяет снизить капиталовложения в 2-3 раза по сравнению с узкополосными фильтрами.
Статья поступила 11.02.2014 г.
1. ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2012. 20 с.
2. Висящев А.Н. Качество электрической энергии и электромагнитная совместимость в электрических системах: учеб. пособие. Иркутск, 1997. Ч.1 и 2.
3. Висящев А.Н., Селезнев А.С., Тигунцев С.Г. Улучшение показателей качества электрической энергии в северных электрических сетях // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: мат. Всерос. научно-техн. конф. с международным участием. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007.
4. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промышленных предприятий. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2000. 331с.
5. Розанов Ю.К., Гринберг Р.П. Гибридные фильтры для снижения несинусоидальности тока и напряжения в системах электроснабжения // Электротехника. 2006. №10.
6. Третьяков А.Н., Кудряшев Г.С., Кюн В.А. Вопросы качества энергии на сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области // Ползуновский альманах. 2004. № 1. С. 170174.
ский список
7. Влияние высших гармоник на потери мощности в сельских электрических сетях 0,4 кВ / Г.С. Кудряшев, Г.И. Литовкин, А.Н. Третьяков // Сборник материалов третьей международной научно-практической конференции молодых ученых вузов «Агрообразования» Сибирского федерального округа «Инновационное развитие аграрного производства в Сибири». Кемерово: Кемеровский ГсХи. 2005. С. 71-75.
8. Федосов Д.С. Методы уменьшения погрешностей экспериментального определения параметров схем замещения потребителей на высших гармониках // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2о1з. № 11 (82).
9. № 2011123572 RU H02J3/00. Способ фильтрации высших гармонических составляющих в электрических сетях высокого напряжения (варианты) / А.Н. Висящев, С.Г. Тигунцев, А.С. Селезнев (Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ)); Опубл. 20.12.2012.
10. Arrillaga J., Bradley D., Bodger P. Power systems harmonics. John Wiley & Sons, Ltd., 1985.
11. Stacey, E.J. Hybrid power filters / E.J. Stacey, E.C. Stricula // IEEE/IAS, Annu.Meet. 1977. C. 1133-1140.
