Централизованное снижение напряжений высших гармоник в сети с распределенными нелинейными нагрузками с помощью пассивных фильтров

• Автор: Нгуен Чи Тхань
• Шифр специальности: 05.14.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ.

1.1. Актуальность проблемы высших гармоник.

1.2. Негативные последствия от высших гармоник.

1.3. Новые направления развития электроэнергетики России.

1.3.1. Рыночные отношения в электроэнергетике

1.3.2. Политика энергосбережения.

1.3.3. Создание интеллектуальных электроэнергетических систем

1.4. Методы снижения уровней высших гармоник в электрических сетях.

1.4.1. Снижение уровней высших гармоник средствами питающей сети.

1.4.2. Улучшение формы кривой сетевого тока

1.4.3. Увеличение пульсности выпрямительных преобразователей.
1.4.4. Применение пассивных фильтров.
1.4.5. Применение активных фильтров
1.4.6. Применение гибридных фильтров.
1.5. Постановка задачи исследований
1.6. Выводы к главе
ГЛАВА 2. ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ СНИЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ВЫСШИХ ГАРМОНИК
2.1. Обзор методов определения узла для установки фильтра при централизованном снижении напряжений высших гармоник
2.2. Предлагаемая методика централизованного снижения напряжений высших гармоник в сети с распределенными нелинейными нагрузками.
2.2.1. Анализ возможности применения централизованного подхода для рассматриваемой сети
2.2.2. Выбор расчетных схемы сети и режима нагрузок
2.2.3. Определение величины реактивной мощности фильтра на первой гармонике.
2.2.4. Выбор желаемой величины напряжений высших гармоник в узлах сети после установки фильтра
2.2.5. Определение узла для установки фильтра.
2.2.6. Выбор типа фильтра.
2.2.7. Определение параметров фильтра.
2.2.8. Оценка эффективности выбранных фильтров для различных конфигураций сети и режимов нагрузки
2.3. Выводы к главе 2.
ГЛАВА 3. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ВЫСШИХ ГАРМОНИК
3.1. Пассивные фильтры
3.1.1. Фильтр Стипа
3.1.2. Фильтр третьего порядка
3.2. Исследование свойств фильтра третьего порядка
3.2.1. Математические выражения для вычисления параметров фильтра третьего порядка для исследования его свойств.
3.2.2. Методика исследования свойств фильтра третьего порядка.
3.2.3. Исследование свойств пассивного фильтра третьего порядка на примере фильтра 3ей гармоники
3.3. Обзор методов для вычисления параметров фильтра третьего порядка и Стипа
3.4. Определение оптимальных параметров фильтров Стипа и третьего порядка.
3.4.1. Математическая формулировка оптимизационной задачи определения оптимальных параметров фильтра
3.4.2. Двухэтапный алгоритм решения оптимизационной задачи
3.4.3. Описание вычислительных программ, реализующих разработанный двухэтапный алгоритм
3.5. Выводы к главе 3.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИКИ,
АЛГОРИТМОВ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ,
ВЫПОЛНЕННЫЕ ДЛЯ СЕТИ, ПИТАЮЩЕЙ ТЯГОВЫЕ ПОДСТАНЦИИ
4.1. Характеристика режима высших гармоник сети, питающей тяговые подстанции ВосточноСибирской и Забайкальской железных дорог.
4.2. Анализ возможности применения централизованного подхода для сети, питающей тяговые подстанции
4.3. Выбор расчетных схемы сети и режима нагрузок.
4.4. Определение величины реактивной мощности фильтра на первой гармонике
4.5. Выбор желаемой величины напряжений высших гармоник в узлах сети после установки фильтра
4.6. Определение узла для установки фильтра.
4.7. Выбор типа фильтра.
4.8. Вычисление параметров фильтра
4.9. Оценка эффективности выбранных фильтров
4. Выводы к главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Также не рассматривалось применение для этой цели других типов фильтров, таких как Стипа и третьего порядка с более сложными схемами, чем фильтры одной частоты, но имеющих преимущества, хотя были попытки вычисления параметров фильтров Сгипа и третьего порядка для некоторых частных случаев, но с существенными допущениями. В настоящее время проблема снижения напряжений высших гармоник в электрических сетях до требований, установленных ГОСТом 9, является актуальной. В связи с широким распространением нелинейных нагрузок она может решаться с помощью централизованного использования пассивных фильтров. В диссертации в связи с перечисленными требованиями с математической точки зрения необходимо решить оптимизационную задачу. Целью исследования является разработка методики, алгоритмов и вычислительных программ для централизованного снижения напряжений высших гармоник в сети с распределенными нелинейными нагрузками с помощью пассивных фильтров. Задачи исследования. Методы исследования. Для разработки вычислительных программ использовалась система программирования МайаЬ. Объект исследования. Объектом исследований является электрическая сеть, питающая распределенные нелинейные нагрузки. Предмет исследования. Предметом исследований являются режимы высших гармоник в сети с распределенными нелинейными нагрузками. Научные результаты. ВосточноСибирской и Забайкальской железных дорог. Практическая значимость исследования. Использование результатов исследований будет способствовать повышению качества электрической энергии, повышению эффективности работы электрических сетей с нелинейными нагрузками, энергосбережению. Разработанные методика, алгоритмы, вычислительные программы, научные результаты использовались при выполнении проектов по гранту ведущей научной школы РФ ЫШ 8, а также в учебном процессе на кафедре Электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВГ ИрГТУ. Апробация работы. Основные результаты по различным разделам диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научнотехнических конференциях Повышение эффективности производства и использование энергии в условиях Сибири, г. Иркутск, 1 1 гг. ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, гг. XV Байкальской Всероссийской конференции Информационные и математические технологии в науке и управлении, г. Иркутск, г. Лиссабон Португалия, г на ой международной конференции i i , г. Сантьяго де Компостела Испания, г на 5ой Всероссийской научнопрактической конференции Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов, Томск, г. Личный вклад автора. Публикации. По теме диссертации опубликовано работ, в том числе, одна статья в журнале из списка изданий, рекомендованных ВАК. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа представлена на 6 страницах машинописного текста, включает рисунка, таблиц. Библиографический список включает 1 наименование. В первой главе приведены актуальность проблемы высших гармоник в электрических сетях России, обзор негативных последствий от высших гармоник в электрических сетях и элементах этих сетей, проанализированы новые тенденции в электроэнергетике, заставляющие заниматься проблемой высших гармоник в электрических сетях, рассмотрены известные методы снижения уровней высших гармоник в электрических сетях. Во второй главе приведен обзор методов определения узла для установки фильтра при централизованном снижении напряжений высших гармоник, предложен алгоритм определения узла для установки фильтра, разработана методика централизованного снижения напряжения высших гармоник в сети с распределенными нелинейными нагрузками. В четвертой главе приведен пример применения разработанной методики, алгоритмов и вычислительных программ для централизованного снижения напряжений высших гармоник в сети, питающей тяговые подстанции железной дороги. Полученные результаты показывают, что пассивные фильтры могут эффективно применяться для централизованного снижения напряжений высших гармоник в сети с распределенными нелинейными нагрузками.