close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

...релизс 23 июня по 30 июня;doc

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
На правах рукописи
ШЕВЧУК Антон Павлович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРУППОВОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ
СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ
ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАССРЕДОТОЧЕННЫХ
ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ
доктор технических наук,
профессор Б.Н.Абрамович
Санкт-Петербург - 2014
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................................................................. 5
Глава 1 Научно-технические
проблемы
регулирования
напряжения
в
электротехнических комплексах ..................................................................... 11
1.1 Характеристика объекта исследования ................................................. 11
1.2 Причины возникновения отклонений напряжения от рационального
уровня ............................................................................................................ 18
1.3 Влияние отклонения напряжения от рационального уровня на работу
элементов электротехнического комплекса................................................ 20
1.3.1 Асинхронные двигатели .................................................................. 20
1.3.2 Синхронные двигатели .................................................................... 22
1.3.3 Силовые трансформаторы ............................................................... 22
1.3.4 Сети освещения................................................................................ 23
1.4 Способы регулирования напряжения .................................................... 25
1.4.1 Групповое регулирование ............................................................... 26
1.5 Выводы к главе 1 .................................................................................... 28
Глава 2 Технические средства регулирования напряжения .......................... 30
2.1 Устройство продольно-емкостной компенсации .................................. 31
2.2 Вольтодобавочный трансформатор ....................................................... 33
2.3 Автоматический регулятор напряжения на базе автотрансформатора 35
2.4 Устройство регулирования напряжения под нагрузкой силовых
трансформаторов .......................................................................................... 39
2.5 Статические компенсаторы реактивной мощности .............................. 48
2.6 Динамический компенсатор искажений напряжения........................... 50
2.7 Параллельный активный фильтр ........................................................... 52
3
2.8 Выводы к главе 2 .................................................................................... 55
Глава 3 Методы расчетов и оптимизации режимов электрических систем.
Применение методов нечеткой логики в задаче регулирования напряжения
........................................................................................................................... 56
3.1 Методы расчетов и оптимизации режимов электрических систем ..... 56
3.2 Задача рационализации режима напряжения при использовании
теории нечетких множеств .......................................................................... 58
3.3 Формирование
нечетких
множеств
в
задаче
регулирования
напряжения ................................................................................................... 60
3.4 Формирование базы правил и приведение к нечеткости ..................... 65
3.5 Нечеткий вывод ...................................................................................... 68
3.6 Процедура композиции .......................................................................... 70
3.7 Приведение к четкости ........................................................................... 72
3.7.1 Агрегация локальных выводов ....................................................... 72
3.7.2 Дефаззификация............................................................................... 72
3.8 Формы представления нечетких множеств для вычислительной
техники .......................................................................................................... 73
3.8.1 Функциональное представление нечетких множеств .................... 73
3.8.2 Парное
представление
нечетких
множеств
при
микропроцессорном решении задачи регулирования ............................ 74
3.9 Применение
нечеткой
логики
в
задачах
микропроцессорного
управления .................................................................................................... 75
3.10 Выводы к главе 3 .................................................................................. 76
Глава 4 Алгоритм и устройство регулирования напряжения с применением
методов нечеткой логики. Экспериментальные исследования...................... 77
4.1 Задачи регулирования ............................................................................ 77
4
4.2 Структура нечеткого управления при регулировании напряжения .... 81
4.3 Алгоритм
регулирования
напряжения
по
определяющему
присоединению ............................................................................................. 83
4.4 Компьютерное
моделирование
устройства
регулирования
напряжения ................................................................................................... 87
4.5 Эмулирование микроконтроллера в среде PROTEUS .......................... 98
4.6 Экспериментальный
комплекс
регулирования
напряжения
под
нагрузкой .................................................................................................... 104
4.7 Устройство управления электрической нагрузкой ............................. 108
4.8 Устройство динамического управления электрической нагрузкой с
применением нечеткой логики .................................................................. 114
4.9 Выводы к главе 4 .................................................................................. 120
Заключение ..................................................................................................... 122
Список литературы ........................................................................................ 124
Приложение А ................................................................................................ 132
Приложение Б ................................................................................................. 134
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Повышение
эффективности
распределительных
территориально
технической
сетях
промышленных
рассредоточенной
задачей,
регулирования
решение
предприятий,
нагрузки,
которой
напряжения
является
позволяет
в
в
условиях
важной
научно-
приблизить
уровень
напряжения в системе к рациональному, за счет чего достигается минимизация
потерь электрической энергии при условии соблюдения норм ее качества как в
удаленных точках электросети, так и на шинах главных понизительных
подстанций.
Одним
из
наиболее
эффективных
способов
минимизации
потерь
электроэнергии является групповое регулирование напряжения, осуществляемое
за счет изменения коэффициента трансформации силовых трансформаторов под
нагрузкой. При этом для реализации эффективного управления режимом
напряжения в сети необходимо учитывать протяженность отходящих линий,
мощность потребителей, распределение нагрузки и режимы ее работы в
электрической сети, регулирующие эффекты по напряжению, наличие и состав
локальных устройств регулирования и компенсации отклонения напряжения.
Структура электросетевого распределительного комплекса, состав нагрузок
и
особенности
технологического
процесса
промышленных
предприятий
формируют особые требования к режимам электроснабжения технологического
электрооборудования
ограниченный
объем
и
качеству
средств
электрической
измерения
и
энергии.
передачи
Кроме
информации
того,
об
электропотреблении отдельных электроустановок не позволяет оперативно
поддерживать уровень напряжения на шинах понизительной подстанции при
вариации структуры и параметров нагрузки.
Поэтому решение задачи поддержания уровня напряжения в системе
электроснабжения промышленных предприятий на рациональном уровне c
помощью средств группового регулирования режима напряжения в реальном
6
режиме времени представляется актуальным, позволяет минимизировать потери
электрической
энергии
электроэнергетическую
в
распределительных
составляющую
себестоимости
сетях
и
снизить
конечного
продукта
промышленных предприятий.
Степень разработанности
Проблемой
эффективности
группового
регулирования
напряжения
занимались Абрамович Б.Н., Полищук В.В., Тарасов Д.М., Kundur P., Wood A.J.,
Wellberg B.F. и др. Теория регулирования напряжения в распределительных сетях
с
применением
интеллектуальных
систем
управления
разрабатывалась
Манусовым В.З., Жмаком Е.И., Мятежом А.В., Kasztenny B. и др.
В работах Жмака Е.И., Мятежа А.В., Kasztenny B. обосновано применение
интеллектуальных систем на основе нечеткой логики в задачах регулирования
напряжения
и доказана
классическими
их высокая
алгоритмами
управления
эффективность
при
по сравнению
встречном
с
регулировании
напряжения. Однако не учтены особенности электротехнических комплексов
промышленных предприятий, характеризуемых наличием рассредоточенных и
взаимоудаленных от центров питания электропотребителей, большим удельным
весом нелинейных нагрузок, несбалансированными, а зачастую «прерывистыми»
режимами питания технологических и вспомогательных электроустановок.
В работе Тарасова Д.М. составлена целевая функция, позволяющая
определить
оптимальный
уровень
напряжения
в
ЦП
при
групповом
регулировании. Показано, что на величину целевой функции наибольшее влияние
оказывают регулирующие эффекты потерь активной мощности узлов нагрузки,
протяженность присоединения, мощность нагрузки отдельных узлов и их
распределение вдоль линии. Однако в работе не учитывается наличие местных
средств регулирования и компенсации отклонения напряжения.
В настоящее время не решен ряд вопросов, касающихся выявления числа
независимых параметров, характеризующих режим напряжения, также предела их
вариаций,
позволяющих
реализовать
рациональное
управление
режимом
7
напряжения
с
использованием
методов
нечеткой
логики,
при
котором
обеспечивается минимум затрат на потребление электроэнергии в условиях
территориально рассредоточенной нагрузки и ограниченного объема средств
сбора и передачи данных.
Цель работы
Повышение эффективности группового регулирования напряжения в
центрах
питания
предприятий
промышленного
комплекса
в
условиях
территориально рассредоточенной нагрузки и ограниченного объема средств
измерения и передачи данных о состоянии энергопотребления.
Идея работы
Поставленная
цель
достигается
путем
группового
регулирования
напряжения, при котором уровень напряжения на главной понизительной
подстанции (ГПП) устанавливается в соответствии с оценкой информации о
параметрах отходящих присоединений на основании
нечеткого логического
вывода, включая мощность потребителей, протяженность и распределение
нагрузки вдоль линий, регулирующие эффекты активной мощности, наличие
локальных устройств регулирования в системе.
Задачи исследования:
 Анализ научно-технических проблем и средств группового управления
режимом напряжения в распределительных сетях промышленных
предприятий, а также способов их реализации;
 Обоснование метода нахождения рационального уровня напряжения, в
условиях неопределенности входной информации о состоянии
электропотреблении
в
участках
и
радиально-магистральных
распределительных сетей электротехнического комплекса;
 Разработка структуры и алгоритмов управления, обеспечивающих
определение, формирование и поддержание на рациональном уровне
8
напряжения на шинах ГПП промышленных предприятий, при котором
обеспечивается минимизация потерь электроэнергии;
 Разработка
реализовать
устройства
регулирования
лингвистическую
напряжения,
обработку
данных,
способного
осуществлять
автоматический выбор определяющей линии в реальном режиме
времени, с учетом разнородности и разновременности нагрузки,
регулирующих эффектов и ее распределения вдоль питающей линии;
Научная новизна работы заключается в обосновании метода группового
регулирования
напряжения
в
центрах
электроснабжения
промышленных
предприятий, позволяющего с помощью теоретических положений нечеткой
логики выявить характеристики определяющего присоединения в условиях
вариации параметров режима электропотребления в распределительной сети, при
которых обеспечивается минимизация потерь электроэнергии при заданных
параметрах режима напряжения.
Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные
технические
решения
позволяют
повысить
эффективность
используемых
алгоритмов управления режимами энергосистем, что приведет к улучшению
технико-экономических показателей электротехнического комплекса, снижению
технологического расхода электроэнергии, связанного с ее передачей, улучшению
качества электроснабжения приёмников, снижению отказов работы РПН
трансформаторов.
На предлагаемые устройства регулирования напряжения с использованием
методов нечеткой логики получены Патент №2416855 и Патент №2467447.
Методы исследований
В работе использовались методы теории электрических цепей, теории
систем
электроснабжения,
численные
методы
решения
уравнений,
математическое, физическое и компьютерное моделирование, теория нечетких
9
множеств, методы теоретического и экспериментального определения параметров
и характеристик электротехнических комплексов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Выявленные зависимости и диапазоны вариации лингвистических
параметров, характеризующих состояние электротехнического комплекса
в
произвольный
момент
времени
в
условиях
территориально
рассредоточенных электропотребителей и минимального объема средств
сбора и передачи данных, позволяют определить рациональный уровень
напряжения в системе электроснабжения, при соблюдении требований,
предъявляемых к качеству электроэнергии.
2. Разработанные
алгоритмическое
электротехнического
комплекса
обеспечение
регулирования
и
структура
напряжения
под
нагрузкой позволяют осуществить групповое управление режимом
напряжения в соответствие с рациональным уровнем напряжения, за счет
изменения коэффициента трансформации силового трансформатора при
использовании устройства регулирования под нагрузкой, оснащенного
фаззи-логической системой управления.
Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций
подтверждается использованием известных положений теории электрических
цепей,
математической
статистики
и
теории
вероятностей,
методов
математического моделирования и теории оптимизации, а также достаточной
сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.
Апробация
Основные положения и научные результаты диссертационной работы
докладывались
конференции
и
обсуждались
молодых
ученых
на
II
Всероссийской
«Электротехнологии,
научно-технической
электропривод
и
10
электрооборудование
предприятий»
(Уфа,
УГНТУ,
2009),
Всероссийской
конференции студентов выпускного курса (Санкт-Петербург, СПбГГУ, 2011г),
Международном
форум-конкурсе
молодых
ученых
«Проблемы
недропользования» (Санкт-Петербург, СПбГГУ, 2011г), Научно-практической
конференции с международным участием «НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ» (СанктПетербург, СПбГПУ , 2012), Международном форум-конкурсе молодых ученых
«Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, СПбГГУ, 2013г), 10-ой
Международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы
освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, ИПКОН РАН, 2013).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 3 – в изданиях,
рекомендованных перечнем ВАК. Получены патенты №2416855, №2467447.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 135
страницах. Содержит
44 рисунка, 6 таблиц, список литературы из 71
наименования, 2 приложения.
11
ГЛАВА 1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ
1.1 Характеристика объекта исследования
В представленной диссертационной работе в качестве объекта исследования
рассматривается электротехнический комплекс предприятий нефтедобывающей
промышленности,
электрической
которая
энергии
является
среди
одним
из
промышленных
основных
предприятий
потребителей
Российской
Федерации.
Электротехнический
комплекс
предприятий
нефтедобычи,
который
содержит в своем составе промысловые распределительные подстанции и сети
напряжением
6-10кВ,
а
также
подключенное
к
ним
технологическое
оборудование, получает питание от энергоснабжающей организации на уровнях
напряжения 35 и 110 кВ.
Технологическое
оборудование
комплекса
представлено
добычными
установками в виде установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), штанговых
глубинных установок (ШГС), установок поддержания пластового давления
(УППД), а также станков-качалок (СК) и буровых установок (БУ). Промысловые
распределительные линии электротехнического комплекса являются радиальномагистральными,
характеризуются
разветвленностью.
Координаты
значительной
подключения
протяженностью
и
электрооборудования
к
промысловым линиям электропередачи являются случайным параметром,
определяемым топологией процесса извлечения технологической жидкости на
поверхность, поддержания пластового давления и ведения буровых работ. [4, 44]
Анализ показал [44], что состав промысловой нагрузки достаточно четко
структурирован
обобщенную
по
схему
технологическим
процессам,
электроснабжения
что
предприятия
позволяет
создать
нефтедобычи
с
территориально рассредоточенными объектами, приведенную к шинам 6(10) кВ
промысловой распределительной подстанции, представленную на рисунке 1.1, и
определить диапазоны вариации параметров обобщенной расчетной схемы
12
электроснабжения нефтедобывающих предприятий, представленных в таблицах
1.1 – 1.4.
Рисунок 1.1 - Обобщенная схема электроснабжения НГДП с территориально
рассредоточенными нагрузками
13
На рисунке 1.1 обозначены:
ПЭ - питающая энергосистема; Л1 - линия электропередачи от шины
питающей подстанции энергосистемы до силового трансформатора подстанции
НГДП; Т1 - трех- или двухобмоточный трансформатор, установленный на
подстанции НГДП; Л2 - линии электропередачи, питающие КТП 6(10)/0,4 кВ
основных электроприемников механизированной добычи нефти; Л3 - линии
электропередач
питающие
высоковольтные
электроприемники
систем
поддержания пластового давления (ППД), первичной подготовки и перекачки
товарной нефти; Л4 - линии электропередачи, питающие электродвигатели 0,4 кВ
станков-качалок (СКН); Л5 - линии электропередачи, питающие погружные
электродвигатели (ПЭД) установок электроцентробежных насосов (УЭЦН); Т2 –
трансформатор КТП 6(10)/0,4 кВ, предназначенный для питания станков качалок
(СКН) и низковольтных потребителей механизированной добычи нефти; Т3 трансформатор КТП 6(10)/0,4/UУЭЦН кВ (КТППН), предназначенный для питания
УЭЦН и низковольтных потребителей механизированной добычи нефти; Т4 –
повышающий трансформатор 0,4/UУЭЦН кВ, предназначенный для питания УЭЦН;
Т5 – трансформатор 6(10)/0,4 кВ собственных нужд промысловой подстанции
НГДП; УПЕК - конденсаторная установка, подключенная к шинам подстанций
6(10) кВ промысловых подстанций НГДП; Д1 - высоковольтные двигатели систем
ППД, первичной подготовки и перекачки товарной нефти, подключенные к
шинам
промысловых
подстанций
НГДП напряжением
низковольтные электродвигатели СКН; Д3 – ПЭД.
6(10) кВ;
Д2
-
14
Таблица 1.1 - Параметры силовых трансформаторов НГДП
Обозначение
Параметры
Пределы вариации
min
max
1
2
3
4
T1
U1H, кВ
35
110
U2H, кВ
6
10
STH, МВА
4
25
U1H, кВ
6
10
U2H, кВ
0,4
-
STH, МВА
0,025
1,6
U1H, кВ
6
10
U2H, кВ
1,8
3,0
U3H, кВ
0,4
-
STH, МВА
0,25
0,63
U1H, кВ
1,8
3,0
U2H, кВ
0,4
-
STH, МВА
0,25
0,63
U1H, кВ
6
10
U2H, кВ
0,4
-
STH, МВА
0,025
0,1
Т2
T3
T4
T5
15
Таблица 1.2 - Параметры ЛЭП НГДП
Обозначение
Параметры
1
Л1
2
l, км
S, мм2
X, Ом
R, Ом
N
l, км
S, мм2
X, Ом
R, Ом
N
l, км
S, мм2
X, Ом
R, Ом
N
l, км
S, мм2
X, Ом
R, Ом
N
l, км
S, мм2
X, Ом
R, Ом
N
Л2
Л3
Л4
Л5
Пределы вариации
max
min
3
4
25
2
185
35
20,0
0,8
19.325
0,308
1
15
0,1
120
70
6,3
0,04
20
0,0249
6
1
1,5
0,05
240
70
0,6
0,04
0,4485
0,0154
3
1
0,5
0,02
95
35
0,15
0,04
0,11
0,0249
4
1
2
0,5
120
50
0,4
0,1
5
0,6
1
16
Таблица 1.3 - Параметры электроприемников НГДП
Обозначение
Параметры
Пределы вариации
min
max
1
2
3
4
Д1
P, кВт
315
2000
Cos 
0,4
0,9
N
1
3
P, кВт
4
55
Cos 
0,3
0,9
N
1
4
P, кВт
63
500
Cos 
0,3
0,8
N
1
3
Д2
Д3
Таблица 1.4 - Параметры конденсаторных батарей НГДП
Обозначение
Пределы вариации
Параметры
min
max
1
2
3
4
УК1
Q, квар
450
4500
Структура электросетевого распределительного комплекса, состав нагрузок
и
характерные
особенности
технологического
процесса
предприятий
нефтедобычи формируют особые требования к режимам электроснабжения
технологического электрооборудования и качеству электрической энергии. [44]
Нарушение электроснабжения непрерывных технологических процессов
влечет за собой существенные экономические ущербы, а отклонение показателей
качества
от
допустимых
значений
создает
неблагоприятные
условия
эксплуатации, неэкономичные режимы работы электрооборудования и рост
потерь электрической энергии.
17
При этом экспериментальные исследования по данной проблематике
показали,
что
в
электрических
сетях
электротехнического
комплекса
нефтедобывающих предприятий качество электрической энергии в части
провалов напряжения во многих случаях не удовлетворяет требованиям
действующих
стандартов,
что
приводит
к
нарушению
непрерывности
технологического процесса добычи полезных ископаемых. [37, 60]
Кроме того, фактическая ситуация такова, что в целях обеспечения
устойчивой
работы
наиболее
удаленных
потребителей
электроэнергии,
напряжение на шинах главной понизительной подстанции завышается до уровня
1,051,1 Uн, при котором гарантируется устойчивая работа электроустановок во
всех анормальных режимах. Поэтому в часы минимума нагрузки напряжение на
электроустановках в начале питающих линий может составлять до 1,15 Uн. [4]
В данных условиях электроэнергетическая составляющая себестоимости
добычи нефти достигает уровня 16÷20%, а решение задач по обеспечению
эффективной работы электроустановок и снижению потерь электроэнергии
предприятий нефтедобычи представляется затруднительным. [23]
18
1.2 Причины
возникновения
отклонений
напряжения
от
рационального уровня
Характерными особенностями системы электроснабжения предприятий
нефтедобычи является локализация и удаленность мощного электрооборудования
от центров питания 35/6 кВ, их территориальная рассредоточенность по большой
территории, наличие нелинейной нагрузки на напряжениях 6 и 0,4 кВ и ее
несимметрия по секциям шин узловых подстанций. [9]
Наличие
указанных факторов оказывает существенное
отклонения напряжения
влияние
на
в наиболее удаленных от центров электрических
нагрузок элементах распределительной сети от нормированных значений и
оптимального для работы оборудования уровня. В фактических условиях
эксплуатации отклонения напряжения могут превышать допустимые нормы в
1,52,5 раза, смещаясь в зону значений, нормированных для аварийного режима
электроснабжения. [9, 15]
Отклонения уровня напряжения в системах электроснабжения предприятий
нефтедобычи возникают в случаях нарушения режимов напряжения со стороны
питающей энергосистемы, возникновении провалов напряжения в центрах
питания, возникновении аварийных ситуаций в промысловой распределительной
сети,
а
также
при
подключении
мощного
электрооборудования
электротехнических комплексов различного функционального назначения. [5]
Результаты экспериментальных исследований в области обеспечения норм
качества электроэнергии в условиях нефтедобывающих предприятий показали,
что наибольшая величина «провалов» и отклонения напряжения возникает при
пуске мощных синхронных двигателей буровых установок и систем поддержания
пластового давления на всем протяжении промысловой воздушной линии
электропередачи. [60]
При длине промысловой линии 6-10 кВ более 6-7 км величина отклонения
напряжения
достигает критического значения, что делает невозможным
19
надлежащую работу электродвигателей технологических комплексов бурения
скважин и поддержания пластового давления. [38]
Кратковременные
нарушения
электроснабжения
(КНЭ),
которые
характеризуются отклонением уровня напряжения от нормированного значения,
вызванные
пусками
приводных
двигателей
УППД
и
БУ,
обусловлены
технологическими условиями разбуривания и эксплуатации месторождений.
Экспериментальные
исследования
параметров
КНЭ
в
условиях
ряда
месторождений показали, что при пуске мощных синхронных двигателей насосов
БУ в конце промысловой линии, потери напряжения могут достигать 40% и
более.
Такая
устойчивости
потеря
всего
напряжения
комплекса
промысловой линии. [60]
может
являться
причиной
электрооборудования,
нарушения
подключенного
к
20
1.3 Влияние отклонения напряжения от рационального уровня на
работу элементов электротехнического комплекса
Работа
каждого
электроприемника
электротехнического
комплекса
промышленных предприятий характеризуется определенными техническими
показателями, которые влияют на экономичность и надежность работы как самого
электроприемника, так и связанных с ним механизмов. Отклонение напряжения
от рационального уровня в промысловых сетях предприятий нефтедобычи
непосредственно влияет на данные технические показатели и ведет к изменению
результатов работы всех технологических и вспомогательных систем. [65]
1.3.1 Асинхронные двигатели
Наиболее распространенными токоприемниками в промысловых сетях
нефтедобывающего и перерабатывающего комплекса являются асинхронные
электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Асинхронные электродвигатели
зачастую выполняют все основные операции технологического процесса.
На рисунке 1.2 представлена зависимость между электромагнитным моментом Мэл и скольжением s при f = const, U = Uном. Здесь же приведена зависимость
вращающего момента рабочего механизма Ммех от его скорости вращения. Точка 1
соответствует работе двигателя с номинальной нагрузкой, при этом скольжение
двигателя соответствует номинальному скольжению - SHOM.
Рисунок 1.2 - Влияние изменений напряжения на электромеханические
характеристики асинхронного двигателя
21
При
длительном
понижении
напряжения,
подводимого
к зажимам
электродвигателя механическая характеристика двигателя изменится и может
быть
представлена
зависимостью
момента
от
скольжения
Мэл1=f(s).
Характеристика Ммех остается прежней. При режиме работы электродвигателя в
точке 2, скольжение двигателя увеличится, т.е. s2 >
производительность
механизма,
приводимого
во
SHOM,
а Ммех2 < Мном, т.е.
вращение
этим
элек-
тродвигателем падает. При дальнейшем длительном снижении напряжения
происходит дальнейшее ухудшение технических характеристик приводимого им
во вращение механизма. Запуск двигателя при пониженном напряжении (U2),
когда его скольжение s  1, невозможен, так как Мэл2 < Ммех. [52]
Расчеты показывают, что при снижении напряжения на зажимах двигателя
на 15 % от Uном его электромагнитный момент Мэл снижается до 72 % от Мном и
снижается коэффициент запаса устойчивости, характеризуемый отношением
максимального
регламентируется
вращающего
момента
стандартами
на
к
номинальному,
конкретные
виды
который
асинхронных
электродвигателей. При провалах напряжения ниже допустимого уровня
двигатель опрокинется. [48]
В случае снижения напряжения на зажимах электродвигателя при той же
потребляемой мощности увеличивается ток, потребляемый из сети. При этом
происходит более интенсивный нагрев обмоток двигателя и соответственно
снижается срок его службы. Например, если длительное время двигатель работает
при напряжении, равном 0,9 Uном срок его службы сокращается примерно вдвое.
Устойчивая работа приводного асинхронного двигателя технологического
оборудования при широком диапазоне изменения момента сопротивления
определяется величиной напряжения при пуске, частотой и продолжительностью
пуска, а также способом питания электродвигателя. [1]
Повышение
напряжения
на
зажимах
электродвигателя
приводит
к
увеличению потребляемой им реактивной мощности. В среднем на каждый
процент
повышения
напряжения
потребляемая
реактивная
мощность
увеличивается на 3 % и более (в основном за счет увеличения тока холостого
22
хода) для электродвигателей серии А мощностью (20 - 100) кВт, а для двигателей
меньшей мощности на (5 - 7) %. [1]
1.3.2 Синхронные двигатели
Повышение напряжения на зажимах СД приводит к значительному
снижению его располагаемой мощности вследствие увеличения реактивной
составляющей холостого хода двигателя. [2]
Располагаемая реактивная мощность Qpc и потери активной мощности Р
являются функциями коэффициента m загрузки статора синхронного двигателя
(СД) и напряжения на его зажимах:
Qpo=f1(m, U); Р = (, m, U),
(1.1)
где m = P/Pн - относительная величина потребляемой СД активной
мощности;  = Q/Qн - относительная величина генерируемой или потребляемой
реактивной мощности; U — относительная величина напряжения на зажимах
двигателя. Практически значения m могут изменяться от 0,5 (режим, близкий к
холостому ходу СД) до 1,1 и  от - 0,6 (режим потребления реактивной
мощности) до рс (относительная величина располагаемой СД реактивной
мощности при рассматриваемых значениях U и m). [8]
1.3.3 Силовые трансформаторы
Снижение напряжения у трансформаторов при неизменной мощности
приводит к увеличению тока в обмотках. Во многих случаях это не представляет
опасности для трансформаторов, т.к. их номинальная мощность Sном часто
превышает нагрузку, и конструкция трансформаторов позволяет допускать
некоторую перегрузку. Однако при оценке возможности перегрузки необходимо
правильно определять ожидаемый максимальный ток, на величину которого
может оказать влияние снижение напряжения на зажимах трансформатора. [26]
Более
опасным
для
трансформатора
может
оказаться
повышение
подводимого к нему напряжения. Связано это с существенным увеличением
намагничивающего тока, которое у трансформаторов более заметно вследствие
23
резкого увеличения реактивного сопротивления намагничивания. Это характерно
при превышении номинального напряжения регулировочного ответвления
обмотки. Значительный рост тока намагничивания при увеличении напряжения на
ответвлении объясняется работой трансформаторов в области нелинейной
характеристики намагничивания, а это приводит к искажению кривой тока
намагничивания и появлению высших гармоник, которые обуславливают
увеличение потерь активной мощности в магнитопроводе и его дополнительный
нагрев. [26]
Высшие гармонические составляющие вызывают в трансформаторах
дополнительные потери в обмотках, увеличение потерь, связанных с вихревыми
токами и гистерезисом. Кроме того, могут наблюдаться локальные перегревы
магнитопровода. Указанные явления, в конечном счете, приводят к сокращению
срока службы трансформатора. [27]
1.3.4 Сети освещения
Снижение уровня напряжения является причиной уменьшения светового
потока ламп накаливания и их к.п.д. При снижении напряжения на 5% световой
поток уменьшается на 18%, при падении напряжения до 10% происходит
уменьшение потока уже более чем на 30%, что приводит к значительному
уменьшению освещенности. [26]
При увеличении напряжения световой поток ламп накаливания заметно
повышается, но значительно уменьшается срок службы ламп. Так, при
повышении напряжения на 10% световой поток ламп накаливания увеличивается
приблизительно на 30%, при этом срок службы ламп сокращается почти в 3 раза.
[26]
Люминесцентные лампы менее чувствительны к отклонениям напряжения.
При повышении уровня напряжения потребляемая мощность и световой поток
таких ламп увеличиваются, а при снижении – уменьшаются, но не в такой степени
как у ламп накаливания. При пониженном напряжении условия зажигания
люминесцентных ламп ухудшаются, поэтому срок их службы, определяемый
24
распылением
оксидного
покрытия
электродов,
сокращается
как
при
отрицательных, так и при положительных отклонениях напряжения. [26,63]
При отклонениях напряжения на ±10 % срок службы люминесцентных
ламп
в
среднем
снижается
на
20–25
%.
Существенным
недостатком
люминесцентных ламп является потребление ими реактивной мощности, которая
растет с увеличением подводимого к ним напряжения. [26,63]
25
1.4 Способы регулирования напряжения
Напряжение на шинах потребителя определяется выражением:
=
−
(
)(
)
(1.2)
,
н
где U2 – напряжение на шинах потребителя, U1 – напряжение в центре
питания, Uн – номинальное напряжение системы, Р – активная мощность системы,
R – активное сопротивление системы, Q – реактивная мощность системы, Qc –
реактивная мощность компенсаторов, Х – реактивное сопротивление системы, Хс
– реактивное сопротивление компенсаторов [57].
ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических
средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения
общего
назначения»
[68]
устанавливает
нормально
и
предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на
зажимах электроприёмников
в пределах соответственно
δUyнор= ± 5 % и
δUyпред= ± 10 % номинального напряжения сети.
ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических
средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения общего назначения» [69] устанавливает пороговые значения
установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в
пределах δUyпред= ± 10 % номинального напряжения сети.
Таким образом, обеспечить указанные выше требования представляется
возможным двумя способами: регулированием уровня напряжения в центре
питания или у потребителей электрической энергии и снижением потерь
напряжения.
Снижение потерь напряжения (ΔU) достигается:
 увеличением сечения проводников линий электропередач (R) по
условиям потерь напряжения;
26
 изменением реактивного сопротивления за счет последовательного
включения конденсаторных установок (Хс), то есть за счет применения
продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления системы (X).
 изменением
реактивной
мощности
путем
подключения
конденсаторных батарей и синхронных электродвигателей, работающих в режиме
перевозбуждения (Qc), то есть за счет компенсации реактивной мощности в
системе (Q).
1.4.1 Групповое регулирование
Существующая концепция регулирования напряжения в промысловых сетях
предприятий нефтедобычи основана на групповом регулировании напряжения на
шинах
главной
понизительной
подстанции
(ГПП),
управлении
потоками
реактивной мощности и в отдельных случаях изменением сопротивления системы.
При
групповом
достигается
за
счет
регулировании,
изменения
снижение
потерь
уровня напряжения
на
электроэнергии
шинах главной
понизительной подстанции. Как показывает анализ регулирующих эффектов в
системах
электроснабжения
наиболее
эффективным
коэффициента
предприятий
способом
трансформации
нефтедобывающего
регулирования
силовых
является
трансформаторов.
комплекса,
изменение
При
этом
предусмотрена возможность изменять коэффициент трансформации в пределах 10
– 20%. [3]
Регулирование напряжения
применения
устройств
в данном случае осуществляется за счет
автоматического
регулирования
коэффициента
трансформации в зависимости от величины нагрузки — устройств регулирование
под нагрузкой (РПН).
Существуют следующие основные принципы регулирования напряжения
трансформаторами с РПН [12]:
- стабилизация напряжения на выводах подстанции (рисунок 1.3а),
- стабилизация напряжения на выводах подстанции по заданному графику
(рисунок 1.3б),
27
- работа согласно принципу встречного регулирования (рисунок 1.3в).
а)
б)
в)
Рисунок 1.3 - Графики напряжений при различных законах управления
Принцип стабилизации напряжения применяется в том случае, когда к
шинам подстанции подключены нагрузки с резко различающимися графиками
потребления энергии, т.е. когда в одно и то же время для одних нагрузок
необходимо поднимать напряжение, а для других - наоборот, понижать. В этом
случае желательно "развязывать" нагрузки, группируя их по графикам. [22]
Кроме того, стабилизация напряжения применяется при регулировании
напряжения на подстанциях и в специальных случаях для регулирования напряжения у некоторых электроприёмников.
Под принципом встречного регулирования понимают регулирование
напряжения в зависимости от тока нагрузки. Этот вид регулирования подразумевает повышение напряжения с ростом нагрузки. В период максимальных
нагрузок для компенсации потерь напряжения, значение его на питающей
подстанции поддерживается на 5-10% выше номинального значения, а в период
минимальных нагрузок - не выше номинального. [12,22]
Кроме
того,
регулирование
напряжения
может
осуществляться
на
промежуточных трансформаторных подстанциях с помощью трансформаторов,
оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными
коэффициентами трансформации — переключение без возбуждения (ПБВ), то
есть для изменения коэффициента трансформации трансформатор необходимо
отключать от сети.
28
1.5 Выводы к главе 1
В первой главе дана подробная характеристика объекту исследования
данной диссертационной работы, а именно электротехническому комплексу
предприятий нефтедобывающей промышленности. Основные выводы к главе
заключаются в следующем:
1. Рассмотрена структура электросетевого распределительного комплекса и
особенности
технологического
процесса
предприятий
нефтедобычи,
предъявляемые требованиям к режимам электроснабжения технологического
электрооборудования и качеству электрической энергии.
2. Определен диапазон вариаций параметров и проведена структуризация
технологического оборудования, входящего в состав электротехнического
комплекса предприятий нефтедобычи, что позволило создать обобщенную схему
электроснабжения
предприятия
нефтедобычи
с
территориально
рассредоточенными объектами, приведенную к шинам 6(10) кВ промысловой
распределительной подстанции.
3. Рассмотрены вопросы, касающиеся влияния отклонения напряжения на
работу
отдельных
предприятий
электроприемников
нефтедобычи,
которые
электротехнического
характеризуются
комплекса
определенными
техническими показателями, влияющими на экономичность и надежность работы
как
самого
электроприемника,
Представленные
зависимости
так
и
технических
связанных
с
показателей
ним
механизмов.
оборудования
от
отклонения напряжения позволяют определить их влияние на результаты работы
как
технологического,
так
и
вспомогательного
оборудования
всего
электротехнического комплекса.
4. Проведен анализ способов регулирования напряжения и методов
снижения потерь в электротехнических комплексах.
Установлено, что не решен ряд вопросов, касающихся выявления числа
независимых параметров, характеризующих режим напряжения, также предела их
вариаций,
позволяющих
реализовать
рациональное
управление
режимом
29
напряжения
с
использованием
методов
нечеткой
логики,
при
котором
обеспечивается минимум затрат на потребление электроэнергии в условиях
территориально рассредоточенной нагрузки и ограниченного объема средств
сбора и передачи данных.
Рассмотренные в данной главе вопросы позволяют сделать заключение, что в
сложившейся на данный момент ситуации, актуальны задачи по нахождению
эффективного
технического
решения
по
снижению
влияния
отклонения
напряжения на совокупную работу электроприемников всего электротехнического
комплекса предприятий нефтедобычи, а также снижения электроэнергетической
составляющей себестоимости добычи нефти, которая в настоящее время может
превышать 20% от общих затрат.
30
ГЛАВА 2 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Структурный
анализ
средств
регулирования
напряжения
позволяет
классифицировать устройства воздействия на электрическую сеть, выделяя
средства регулирования с пассивной и активной структурой.
К пассивным средствам ограничения и компенсации относятся устройства,
в процессе работы которых отсутствует изменение их параметров в зависимости
от глубины и длительности отклонения напряжения. К таким устройствам
относятся вольтодобавочные трансформаторы и установки продольно-емкостной
компенсации.[25,27]
К активным средствам ограничения и компенсации относятся устройства, в
которых в процессе работы корректируется величина и фаза вольтодобавочной
уставки, в зависимости от глубины и длительности отклонения напряжения. К
таким устройствам относятся: вольтодобавочные трансформаторы с широким
диапазоном регулирования, трансформаторно-емкостные компенсаторы (ТЕК)
потерь напряжения и реактивной мощности, динамические компенсаторы
искажения напряжения (ДКИН), системы автоматического регулирования под
напряжением (РПН). [27,58]
Кроме того, проведенный анализ работ, посвященных изучению и
разработке
средств
компенсации
отклонения
напряжения,
показал,
что
ограничение величины и длительности отклонения напряжения в промысловых
сетях
предприятий
нефтедобычи
может
проводиться
с
использованием
статических и динамических средств компенсации.[27,37,38,43,58]
31
2.1 Устройство продольно-емкостной компенсации
Одним из самых распространенных способов активной компенсации
отклонений, колебаний и провалов напряжения является емкостная компенсация,
включающая в себя продольную компенсацию.
Принципиальный способ подключения установок продольно-емкостной
компенсации в распределительной сети предприятий нефтедобычи представлен
на рисунке 2.1. [14]
Рисунок 2.1 - Подключение УПК
Существуют различные схемы УПК, разновидности которых представлены
на рисунках 2.2 и 2.3. [38]
Рисунок 2.2 - Конденсаторная батарея с тиристорным переключением
32
Рисунок 2.3 - Конденсаторная батарея с тиристорным управлением
УПК подключается к линии, обладающей значительным реактивным
сопротивлением. В этом случае реактивное сопротивление УПК ( X УПК )
подбирается равным 0,8 от суммарного сопротивления X С  X ТР  X Р  X Л 2 . УПК
является безинерционным компенсирующим устройством отклонений, колебаний
и провалов напряжения. [32]
Значительным
недостатком
УПК
является
сложность
защиты
его
конденсаторов от пусковых токов и токов короткого замыкания. [38]
Принцип работы УПК позволяет сделать вывод, что данное устройство
может быть эффективно только в случае большого индуктивного сопротивления
линии, которое должно быть на порядок больше активного сопротивления.
33
2.2 Вольтодобавочный трансформатор
Одним из традиционных способов повышения напряжения в электрической
сети
является
применение
вольтодобавочного
трансформатора.
Вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ) имеют две обмотки. Первичная или
возбуждающая обмотка ВДТ включается параллельно в сеть, а вторичная –
последовательно в линию.
Традиционным является применение ВДТ с продольным регулированием
напряжения, напряжение вторичной обмотки в данном случае практически
совпадает по фазе (или находится в противофазе) с фазным напряжением
питающей сети. Принципиальная схема ВДТ представлена на рисунке 2.4. [50]
Рисунок 2.4 - Принципиальная схема ВДТ
В представленной схеме существенным моментом является то, что фаза
добавки напряжения совпадает с фазой фазного напряжения, к которому
подключается возбуждающая обмотка.
ВДТ может быть подключен как в начале, так и в конце линии, чему
соответствуют рисунки 2.5 и 2. 6.
Рисунок 2.5 - Схема замещения подключения ВДТ в начале линии
34
Рисунок 2.6 - Схема замещения подключения ВДТ в конце линии
На рисунках обозначены:
Z1T
и
первичной и вторичной обмоток ВДТ,
сопротивление нагрузки,
ZM
Z 2T соответственно
ZЛ
сопротивление
- сопротивление линии,
ZП
-
взаимоиндуктивное сопротивление.
Для ВДТ, включенного в начале линии:
U1
Z Э KT
,
K
U2
Z П ( K T  1)
где Z Э  Z П  Z л , K T 
(2.1)
W1
- коэффициент трансформации ВДТ.
W2
Для ВДТ, включенного в конце линии:
U1
KT
K
.
U2
( K T  1)
(2.2)
Установлено, что предельные значения К – показателя компенсации
отклонения напряжения, определяемые выражениями (2.1) и (2.2), не превышают
10% и 4% соответственно для первого и второго случаев подключения ВДТ. [56]
35
2.3 Автоматический
регулятор
напряжения
на
базе
автотрансформатора
Блоки автоматического регулирования напряжения (БАРН) используются
для
регулирования
предприятий с
напряжения
любым
в
способом
электрических
заземления
сетях
нейтрали,
промышленных
с
номинальным
напряжением на 6 и 10 кВ, номинальным током до 500 А. Характеристики
существующих БАРН позволяют использовать их в различных вариантах
установки: на подстанциях, распределительных пунктах, в рассечке линии
электропередач в критических точках падения напряжения.
Блоки автоматического регулирования напряжения применяются при
реконструкции и новом строительстве промысловых электрических сетей для
увеличения пропускной способности линий 6-10 кВ. Также БАРН целесообразно
использовать в существующих промысловых линиях, не отработавших свой
нормативный срок, но, в связи с увеличением электропотребления, не
обеспечивающих заданные уровни напряжения у потребителя. При этом
установка БАРН позволяет существенно увеличить пропускную способность
эксплуатируемых линий. [18]
Применение БАРН позволяет решить следующие задачи:
- увеличить
пропускную
способность
существующих
линий
для
подключения новых потребителей;
- осуществлять передачу электроэнергии по линиям 6 кВ и 10 кВ на
большие расстояния;
- обеспечить качество электроэнергии, в том числе устранить несимметрию
напряжения в линиях.
БАРН выполняют основные функции:
- автоматического повышения или понижения уровня напряжения в линии
электропередачи в критических точках отклонения напряжения;
- автоматического поддерживания уровня напряжения в заданных пределах
при прямом или обратном направлении потока мощности (реверсивный режим).
36
В общем случае, вольтодобавочный автотрансформатор (АТ) выполняется
на базе однофазного масляного автотрансформатора наружной установки,
имеющем общую и последовательную обмотки. Последовательная обмотка имеет
до 32 ступеней для регулирования напряжения в диапазоне ±10%. Регулирование
осуществляет
переключатель
ступеней.
Конструкция
автотрансформаторов
позволяет осуществлять регулирование под нагрузкой. В составе БАРН может
быть два или три АТ. [18]
Регулирование
напряжения
осуществляется
путем
геометрического
сложения напряжения общей и последовательной обмоток. Во всех режимах
работы
автотрансформатора
электромагнитная
взаимосвязь
между
двумя
обмотками сохраняется. Понижение или повышение выходного напряжения
относительно входного осуществляется благодаря изменению полярности
последовательной обмотки. Для режима с понижением выходного напряжения
полярность на обеих обмотках совпадает. В режиме повышения выходного
напряжения происходит смена полярности на последовательной обмотке. Смена
полярности напряжения на последовательной обмотке производится реверсивным
переключателем. [18]
В процессе работы микропроцессорная система контроля и управления
производит измерение напряжения со стороны нагрузки и сравнивает его с
заданным напряжением. Если фактическое напряжение отличается от заданного,
формируется
сигнал
управления
электроприводом,
который
перемещает
переключатель на соответствующую ступень для повышения (или понижения)
напряжения. [18]
Принципиальная электрическая схема представлена на рисунке 2.7, где S –
высоковольтный ввод со стороны источника; L – высоковольтный ввод со
стороны нагрузки; SL – высоковольтный ввод общей точки, К – контроллер
системы управления, М – электродвигатель.
37
Рисунок 2.7 - Принципиальная электрическая схема БАРН
В зависимости от схемы включения БАРН в трех фазную сеть диапазон
регулирования напряжения может быть ± 10% или ±15 %.
При включении в сеть двух АТ по схеме неполного треугольника диапазон
регулирования напряжения составляет ±10 %. [18] Схема представлена на
рисунке 2.8.
Рисунок 2.8 - Включение в сеть двух АТ по схеме неполного треугольника
38
При включении в сеть трех АТ по схеме полного треугольника диапазон
регулирования напряжения составляет ±15 %. [18] Схема представлена на
рисунке 2.9.
Рисунок 2.9 - Включение в сеть трех АТ по схеме полного треугольника
На рисунках 2.8 и 2.9 обозначены: АТ1-АТ3 – автотрансформаторы; QS1QS3 – разъединители; TV1 – измерительный трансформатор напряжения.
39
2.4 Устройство регулирования напряжения под нагрузкой силовых
трансформаторов
Анализ регулирующих эффектов показывает, что в настоящее время
наиболее эффективным способом регулирования напряжения в системах
электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса, в том числе
предприятий
нефтедобычи
и
переработки,
является
регулирование
коэффициентов трансформации силовых трансформаторов питающих подстанций
110/35/6(10) и 35/6(10) кВ, которые на более чем 95% от общего числа оснащены
устройствами регулирования напряжения под нагрузкой РПН. [3]
Устройства РПН рассматриваются как самостоятельные электрические
аппараты и разделяются на следующие конструктивные узлы [52]:
1. Контактор, предназначенный для переключения ступени, а также
токоограничения и гашения дуги при коммутации;
2. Избиратель,
предназначенный
для
выбора
рабочего
отвода
регулировочной обмотки трансформатора;
3. Предизбиратель
(при
большом
числе
ступеней),
конструктивно
соединенный с избирателем и предназначенный для переключения диапазонов
регулирования путем выбора рабочего отвода специальной обмотки грубого
регулирования или реверсирования обмотки регулирования. Расположение самого
РПН и привода зависят от типа и исполнения трансформатора и весьма
разнообразны. Общая компоновка устройства РПН вертикального исполнения и
внешний
вид
устройства
РПН представлены на
рисунке
2.10
и 2.11
соответственно.
4. Приводной механизм, который обеспечивает переключение контактора и
избирателя.
5. Токоограничивающие сопротивления, уменьшающие коммутационный
ток, возникающий в процессе переключения.
40
Рисунок 2.10 - Общая компоновка устройства РПН
41
Рисунок 2.11 - Силовой трансформатор оснащенный устройством РПН:1 - РПН с
реверсированием регулировочной обмотки, 2 - привод РПН
Практически
все
современные
трансформаторы
с
РПН
выпускаются
с
реверсированием регулировочной обмотки и возможностью, так называемого,
встречного регулирования. Схема коммутации обмоток трансформатора с РПН
приведена на рисунке 2.12, где 4 - избиратель РПН, осуществляющий
переключение отпаек трансформатора и ступенчатое регулирование напряжения;
5- предизбиратель, суммирующий или вычитающий магнитный поток во
вторичной обмотке трансформатора в зависимости от положения ключа. [54]
42
Рисунок 2.12 - Принципиальная схема включения обмоток трансформатора
напряжения с РПН
Регулировочная обмотка присоединяется к основной обмотке при помощи
двухпозиционного переключателя - реверсора. В первом положении реверсора
регулировочная обмотка включена последовательно и согласно с основной
обмоткой
трансформатора.
Коэффициент
трансформации
в
этом
случае
наибольший. Во втором положении регулировочная обмотка включена встречно
основной обмотке трансформатора, и коэффициент трансформации наименьший.
Диапазон
регулирования
равен
удвоенному
напряжению
регулировочной
обмотки. [52]
Устройства
РПН,
имеющие
в
своем
составе
индуктивное
токоограничивающее сопротивление, относятся к устройствам РПН реакторного
типа, а имеющие активное токоограничивающее сопротивление — резисторного
типа.
Для резисторных устройств РПН наиболее распространена погружная
конструкция, в которой контактор и избиратель выполнены в одном блоке.
Резисторные устройства РПН имеют меньшие вес и габариты по сравнению с
реакторными, однако кинематика резисторных устройств более сложна, так как
токоограничивающий резистор не может быть длительное время включен в цепь
43
тока нагрузки трансформатора в рабочем или промежуточном положении из-за
больших потерь.[52]
Резистор используется только для кратковременного включения в цепь тока
нагрузки в промежуточных положениях, а в рабочем положении шунтируется
или размыкается. В процессе размыкания контакты подвергаются действию
электрической дуги, вызывающей электрический износ и оплавление, поэтому
они работают в масляной среде, которая защищает контактные поверхности от
загрязнения и окисления. Частые переключения способствуют самозачистке
контактов. [52]
Главное
преимущество
резисторных
контакторов
по
сравнению
с
реакторными состоит в том, что гашение дуги, возникающей в контакторе при
переключении регулировочной обмотки, существенно более легкое. [17]
Однако в последнее время получили широкое распространение вакуумные
контакторы устройств РПН. Основными преимуществами вакуумных контакторов
являются отсутствие открытой дуги и необходимости замены масла, меньшие
габариты и более высокая коммутационная способность. [54]
Срок службы контакторов устройств РПН с разрывом дуги в масле и
многократным резисторным контактором достигает 600 тыс. переключений при
токе нагрузки не более 700А, при токе нагрузки 1600А срок службы контактов
снижается до 150 тыс. переключений. Износостойкость лучших образцов
вакуумных контакторов на номинальные напряжения 3,6  7,2кВ и номинальные
токи 200  400А достигает 1,6 млн. переключений. [52]
Таким образом, основными недостатками существующих устройств РПН
являются:
- Износ контактов контакторов;
- Необходимость периодических ревизий и замен масла в устройствах РПН.
Регулирование напряжения в силовых трансформаторах осуществляют при
помощи
регуляторов
напряжения,
которые
обеспечивают
ступенчатое
(дискретное) изменение коэффициента трансформации без разрыва нагрузочного
тока. В связи с этим возникает ряд требований к конструкции регулятора, который
44
должен
допускать отклонения
напряжения
без
поступления
сигнала
на
регулирование. При отклонениях напряжения, меньших напряжения ступени (в
пределах так называемой зоны нечувствительности - одной из основных
характеристик регулятора), воздействия на регулятор не должно быть. Во
избежание
непрерывного
переключения
и
связанного
с
ним
износа
переключающего устройства зона нечувствительности не должна быть больше
напряжения Uст ступени переключателя на величину, превышающую возможную
погрешность регулятора. Обычно величина зоны нечувствительности выбирается
на 10-20% больше напряжения ступени. [16]
Величина зоны нечувствительности должна быть отстроена лишь от
напряжения ступени регулирования. При этом коэффициент возврата регулятора
должен быть близок к единице. Это возможно только при условии, что для
каждого тракта регулятора разность напряжений возврата Uвз и срабатывания Uсрб
меньше напряжения ступени регулирования Uст. [16]
ВЗ
−
<
СР
СТ ,
(2.3)
Учитывая, что коэффициент возврата равен
ВЗ
=
ВЗ
,
(2.4)
СРБ
получаем максимально допустимое значение для него
ВЗ
ВЗ
<
СРБ
.
(2.5)
СТ
Значительно более высокие требования предъявляются к величине коэффициента возврата для снижения количества необоснованных переключений.
Во избежание необоснованного износа привода и контактов переключателя
ответвлений регулятор не должен оказывать регулирующего воздействия, когда
напряжение после кратковременного отклонения за пределы нечувствительности
регулятора вновь возвращается в эту зону отклонений. [16]
Коэффициент возврата является важной характеристикой регулятора,
обеспечивающей меньшее количество переключений при обеспечении того же
качества напряжения. Поэтому во всех случаях следует отдавать предпочтение
конструкциям, которые без ущерба для других важных свойств обеспечивают
45
коэффициент возврата, практически равный единице. Во избежание чрезмерного
износа
переключателя
ответвлений
регулятор
не
должен
оказывать
регулирующего воздействия при кратковременных колебаниях напряжения, а
также действовать при глубоких, но кратковременных снижениях напряжения в
сети, например, вследствие к.з. В этом случае за снижением напряжения следует,
как правило, "сброс" нагрузки и регулятор должен будет прийти в действие в
противоположном направлении. Это может быть обеспечено вводом выдержки
времени. Максимальная величина выдержки времени должна определяться
допустимой
длительностью
отклонений
напряжения
и
состоянием
переключающих устройств, так как выдержка времени влияет на число
переключений. Регулятор должен иметь установочное устройство для задания
требуемого
Конструкция
напряжения
его
после
должна
установки
позволять
всех
проверять
остальных
параметров.
правильность
установки
полупроводниковых
элементов
параметров на объекте. [16]
В
настоящее
время,
использование
позволяет значительно упростить конструкцию регулятора, снизить потребление
мощности, а при соблюдении необходимых требований к полупроводникам
значительно
повысить
надежность
устройств
по
сравнению
с
электромеханическими и электромагнитными конструкциями. [54]
Типовые характеристики регулирования в большинстве случаев имеют вид,
изображенный на рисунке 2.13. [12]
В некоторых случаях может потребоваться ограничение величины регулируемого напряжения. Ограничение может осуществляться специальным
измерительным устройством, уставка которого равна предельно допустимому
значению напряжения. Например, если напряжение достигает нижнего предела,
то поступает запрещение на регулирование в сторону дальнейшего снижения
напряжения на шинах ЦП. [16]
46
Рисунок 2.13 - Характеристики регулирования с отрицательным статизмом
(а) и положительным статизмом (б) по напряжению
После этого напряжение может продолжать снижаться вследствие других
причин, например общего понижения напряжения в питающей сети. В тех
случаях, когда это недопустимо, необходимо, помимо упомянутого пассивного
ограничения, использовать еще активное ограничение. Оно должно переключать
ответвление трансформатора в сторону повышения, если напряжение достигло
некоторого
недопустимо
низкого
значения.
Пассивное
ограничение,
запрещающее регулирование в нежелательном направлении, может быть
использовано без активного ограничения. Активное ограничение без пассивного
использовано быть не может, так как в этом случае ограничение сопровождалось
бы
неустойчивым
регулированием.
При
наличии
обоих
ограничений
последовательность будет следующая: после действия активного ограничения
пассивное ограничение сохраняется, так как оно также осуществляется с зоной
нечувствительности, превышающей ступень регулирования. [16]
Аналогичное ограничение может применяться и по верхнему предельному
значению
напряжения.
Характеристика
регулирования,
указанному алгоритму, изображена на рисунке 2.14.
соответствующая
47
Рисунок 2.14 - Характеристика регулятора напряжения с ограничениями
верхнего и нижнего пределов
Ограничение верхнего и нижнего предела может производиться не только
по уровням напряжения, но и по величине нагрузки, используемой в устройстве
токовой компенсации. Ограничение нижнего предела напряжения в этом случае
осуществляется по наименьшей нагрузке, а ограничение верхнего предела - по
наибольшей. Ограничение напряжения при этом осуществляется с точностью,
обусловленной
величиной
трансформаторов тока. [52]
зоны
нечувствительности
и
погрешностью
48
2.5 Статические компенсаторы реактивной мощности
С
учетом
бурного
развития
силовой
электроники,
основными
перспективными устройствами компенсации провалов и искажений напряжения в
настоящее время являются устройства статической и динамической компенсации
отклонения напряжения.
На рисунке 2.15 приведена схема устройства статической компенсации
реактивной
мощности.
Схема
включает
двухуровневый
преобразователь
напряжения (ПН), выполненный на основе IGBT транзисторов и параллельно
включенных диодов, и работающий в режиме ШИМ, конденсаторную батарею Cd
на стороне постоянного напряжения Ed, фазный реактор Lp и широкополосный
пассивный фильтр Cф, Lф, Rф, настроенный на подавление гармоник. [47]
Предполагая, что реактивная мощность устройства, которую оно может
генерировать или потреблять, равна QСТ, то тогда реактивная мощность узла
нагрузки Qн может изменяться в пределах от Qmax=Qн+QСТ до Qmin=Qн-QСТ. Для
гарантированного поддержания заданного коэффициента мощности нагрузки QСТ
должна быть несколько больше Qн. При существенном снижении напряжения в
узле нагрузки компенсатор становится источником тока Ip и поэтому выдаваемая
им реактивная мощность не уменьшается. [39]
Для
напряжения
управления
с
ШИМ,
устройством
создающий
СТАТКОМ
три
используется
синусоидальных
генератор
модулирующих
напряжения, образующих трехфазную систему. Управление транзисторами IGBT
каждой фазы осуществляется независимо – путем наложения напряжения
несущей частоты соответствующей синусоиды модулирующего напряжения. При
этом в любой момент должен быть включен лишь один из двух транзисторов
каждой фазы. В момент пересечения синусоидальных напряжений сети ua,b,c с
пилообразным напряжением треугольной формы uШИМ (частота fШИМ ≈ 1 кГц)
происходит формирование импульсов управления силовыми ключами. [64]
Непременным условием нормальной работы преобразователя напряжения
является поддержание постоянным напряжения Ed на конденсаторной батарее Cd.
49
Рисунок 2.15 - Схема устройства статической компенсации реактивной мощности
Основными функциями таких компенсаторов, влияющих на отклонение
напряжения в сети, являются:
- подавление колебаний напряжения в узле нагрузки за счет компенсации
резкопеременной реактивной мощности Qн;
- регулирование напряжения в узле нагрузки путем изменения потоков
реактивной мощности;
- устранение
несимметрии
напряжения,
вызванной
неравномерным
распределением реактивной мощности по фазам;
- повышение устойчивости узла нагрузки благодаря тому, что при
отклонении напряжения устройство работает в режиме источника тока
независимо от напряжения в узле нагрузки. [33]
Преимущество
устройств
данного
типа
перед
синхронными
компенсаторами заключается в более высокой эксплуатационной надежности.
При
сравнении
с
тиристорно-реакторными
устройствами
компенсации,
статический компенсатор снижает вероятность возникновения резонансных
явлений, обусловленных наличием конденсаторных установок. Однако основным
недостатком рассмотренного устройства статической компенсации реактивной
мощности и отклонения напряжения является реакция только на реактивную
составляющую тока нагрузки в процессе компенсации указанных параметров.
50
2.6 Динамический компенсатор искажений напряжения
Одной из наиболее современных разработок в области компенсации
отклонения
напряжений
является
устройство
динамической
компенсации
искажений напряжения (ДКИН), функциональная и структурная схемы которого
представлены на рисунках 2.16 и 2.17 соответственно. [24]
Рисунок 2.16 - Функциональная схема ДКИН
На рисунке 2.16 показаны: 1 – входной трансформатор; 2 – тиристорный
управляемый выпрямитель; 3 –аккумулирующие конденсаторы; 4 – управляемый
инвертор на базе ПУВ; 5 - вольтодобавочный трансформатор; 6 – фильтр высших
гармонических составляющих напряжения; 7 – выключатели; 8 – защитное
устройство ДКИН; 9 – байпасный выключатель; Uс – напряжение энергосистемы;
Uн – напряжение на нагрузке; UDр – положительное напряжение постоянного тока;
UDm – отрицательное напряжение постоянного тока; dUВ – напряжение
компенсации отклонения.
51
Динамический
компенсатор
напряжения с пофазным
представляет
собой
преобразователь
управлением на базе полностью
управляемых
выпрямителей, который подключен к сети питания потребителя и через
вольтодобавочный трансформатор перераспределяет мощности таким образом,
чтобы добавка напряжения на вторичной обмотке полностью компенсировала
отклонение напряжения. [24]
Динамические
обеспечить
компенсаторы
синусоидальную
форму
искажения
выходного
напряжения
напряжения,
позволяют
компенсируя
гармонические составляющие сети, при этом обладают высокой надежностью в
виду отсутствия подвижных частей и механизмов, что обуславливает малые
эксплуатационные затраты по сравнению с аналогичным оборудованием для
компенсации искажений кривой напряжения на базе автотрансформаторов и
устройств регулирования под нагрузкой. Время реакции на кратковременные
нарушение электроснабжения у таких устройств составляет 1-2 мс. [24,25,41]
Однако данному типу устройств присущ ряд недостатков:
- отсутствие блока синхронизации напряжения добавки с напряжением сети;
- отсутствие возможности компенсации провалов на протяженных линиях.
С учетом указанных недостатков, применение данного типа устройств в
условиях предприятий нефтедобывающего комплекса должно быть обосновано и
производиться в комплексе с другими техническими средствами регулирования
уровня напряжения в системе.[19,20]
52
2.7 Параллельный активный фильтр
Активные силовые фильтры могут быть отнесены к динамическим
средствам регулирования напряжения и дают возможность устранить искажения в
питающей трехфазной сети, вызванные нелинейными нагрузками промышленных
предприятий, а так же компенсировать потребление реактивной мощности.
Основная идея активного фильтра заключается в выделении основной
гармоники напряжения, являющейся опорным синусоидальным сигналом для
системы управления. На основании опорного сигнала формируется заданный ток,
который
сравнивается с реальным током нелинейной нагрузки. Сигнал
рассогласования используется для генерирования тока инвертором в питающую
сеть, гармонических составляющих так, чтобы компенсировать гармонические
составляющие, наведенные нелинейными нагрузками. Гармоники всех порядков
компенсируются одновременно одним и тем же преобразователем. Фазовое
рассогласование между током и напряжением является для фильтра искажением и
так же компенсируется. Активные силовые фильтры могут быть включены
последовательно или параллельно с сетью. Последовательное включение фильтра
применяется в основном для высоковольтных приводов. [59]
Структура параллельного активного фильтра (ПАВ) представлена на
рисунке 2.18. ПАВ состоит из трех основных частей: силовой части, системы
управления и накопительного элемента.
Силовая часть выполняется в виде реверсивного инвертора и выходного
сглаживающего пассивного фильтра или реакторов.
Реверсивный инвертор выполняет две основных функции: генерирование
компенсационного тока в сеть и заряд накопительного элемента Сф для
поддержания
на
нем
заданного
значения
напряжения.
Таким
образом,
реверсивность инвертора заключается в возможности как генерирования, так и
потребления энергии из сети. Реверсивный инвертор выполняется на базе IGBT
транзисторов (k1, k2, … k6), которые шунтируются диодами, необходимыми для
53
выпрямления переменного тока, потребляемого из сети, с целью заряда
накопительного элемента.
Рисунок 2.17 - Структура ПАФ
Выходной фильтр выполняет функцию снижения пульсаций генерируемого
в сеть тока. Инвертор работает в режиме ШИМ, и его выходной ток имеет
пилообразную форму кривой, которую необходимо сглаживать выходным RLC
фильтром. Выбор параметров последнего должен производиться с учетом
наличия
в компенсируемой сети
индуктивностей
и
емкостей с целью
предотвращения возникновения резонансных явлений. [51]
В качестве накопительного элемента чаще всего выступает конденсатор,
напряжение на обкладках которого приложено к реверсивному инвертору и через
последний течет ток, форма кривой которого определяется режимом работы
силовых ключей инвертора. Накопительных элементов может быть несколько:
конденсатор может быть подключен к обоим плечам моста инвертора, или по
одному конденсатору на каждое плечо моста. Во втором случае конденсаторы
соединяются параллельно, и эффективность работы инвертора улучшается:
54
снижается уровень пульсаций напряжения на выходе инвертора и генерируемого
им в сеть тока, уменьшаются потери в силовых ключах в режиме синусоидальной
ШИМ, повышается мощность ПАФ, снижаются габариты конденсаторов за счет
снижения их единичной емкости. Иногда для специальных целей в качестве
накопительного элемента выступает индуктивность.[51]
В состав системы управления входит микропроцессор обработки данных
или специальный программируемый контроллер, датчики тока и напряжения,
формирователь
импульсов,
усилительное
устройство
для
преобразования
сигналов управления низкого уровня в управляющие сигналы силовых элементов
инвертора. С точки зрения аппаратной реализации системы управления ПАФ
наиболее предпочтительно использование программируемых контроллеров,
позволяющих выполнять на своей основе алгоритмы работы различной
сложности. [59]
55
2.8 Выводы к главе 2
Во второй главе диссертационной работы рассмотрены вопросы, связанные
с техническими средствами регулирования напряжения в электрических сетях и
компенсации отклонения напряжения от нормированных значений. К основным
результатам главы относятся:
1. Проведен анализ научно-технических проблем управления режимом
напряжения
в
распределительных
сетях
промышленных
предприятий.
Установлено, что в настоящее время отсутствует научное обоснование метода
нахождения рационального уровня напряжения, в условиях неопределенности
входной информации о состоянии и электропотреблении в участках радиальномагистральных распределительных сетей электротехнического комплекса.
2. Проведен
анализ
технических
средств
компенсации
отклонения
напряжения и регулирования уровня напряжения. Выявлено, что в настоящее
время отсутствуют структуры и алгоритмы управления, обеспечивающие
определение, формирование и поддержание на рациональном уровне напряжения
на шинах ГПП промышленных предприятий, при котором обеспечивается
минимизация потерь электроэнергии, с учетом вероятностного характера
изменения параметров, описывающих состояние электротехнического комплекса
в произвольный момент времени.
3. Установлено, что наиболее эффективными, с точки зрения комплексного
решения задачи компенсации отклонения, являются устройства, принцип работы
которых основан на вольтодобавке. Однако в условиях функционирования
современных электротехнических комплексов промышленных предприятий
необходимо решить ряд вопросов по расширению функциональных возможностей
данных устройств с учетом разнородности и разновременности нагрузки,
регулирующих эффектов по напряжению, ее распределения вдоль питающей
линии, а также наличия локальных устройств компенсации отклонения
напряжения.
56
ГЛАВА 3 МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ И ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ НЕЧЕТКОЙ
ЛОГИКИ В ЗАДАЧЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
3.1 Методы расчетов и оптимизации режимов электрических систем
Оптимальное управление нормальными режимами в электротехническом
комплексе заключается в том, чтобы обеспечить надежное электроснабжение при
условии соблюдения норм качества электрической энергии и минимальных
эксплуатационных затратах за определенный отрезок времени. Критерием
оптимизации может выступать минимум затрат на электрическую энергию. [13]
Одним из возможных способов обеспечения оптимальности режима
эксплуатации
системы
является
оптимальное
регулирование
частоты
и
напряжения. Задача оптимизации режима электрической сети по напряжению
состоит в определении установившегося режима электрической сети, при котором
были бы выдержаны технические ограничения и потери активной мощности были
бы минимальны. Установившийся режим описывается при помощи системы
нелинейных
уравнений.
Причем
расчет
установившегося
режима
электроэнергетических систем возможен только итерационными методами.
Наиболее эффективно применение нелинейных уравнений узловых напряжений,
которые следует решать методом Ньютона или Зейделя, а в случае плохой
сходимости – по параметру. [36]
При оптимизации должны учитываться ограничения по напряжению во всех
узлах, по реактивным мощностям генерирующих источников, коэффициентам
трансформации силовых трансформаторов, а так же по токам в контролируемых
линиях. [21]
Составление и расчет такой системы нелинейных уравнений, описывающих
состояние электроэнергетического комплекса, является сложной математической
задачей, особенно с учетом вероятностного изменения параметров системы.
Кроме
того,
ограниченные
возможности
вычислительной
техники
по
быстродействию, накладывают определенные ограничения на применение
57
указанных методов. При расчетах установившихся режимов систем большой
сложности, необходимо применять методы экономии памяти вычислительного
устройства и повышения быстродействия расчетов. Такие расчеты невозможны
без учета слабой заполненности матриц, эквивалентирования, разделения на
подсистемы, разделения уравнений и т.д. [35]
Учитывая
стохастический
характер
изменения
параметров
электротехнического комплекса и, кроме того, ограниченность объема средств
сбора и передачи данных в таких системах, ограниченность возможности
вычислительной
техники,
удобным
инструментом
для
решения
задачи
оптимизации режима напряжения является теория нечетких множеств.
Теория нечетких множеств хорошо подходит для решения задач оценки
ситуации, управления и принятия решений в условиях неопределённости, в тех
случаях, когда человеком не могут быть даны точные количественные оценки
того или иного параметра, а также тогда, когда нахождение точного решения
стандартными методами связано с большими временными, вычислительными
затратами.
58
3.2 Задача рационализации режима напряжения при использовании
теории нечетких множеств
При рационализации режима напряжения в распределительных сетях
промышленных предприятий, идея заключается в том, что для реализации
эффективного группового регулирования в электротехническом комплексе,
необходимо выбрать присоединение, определяющее напряжение в системе.[46,52]
Выбор определяющего режим напряжения присоединения не удается
осуществить
по
расчету
установившего
режима
системы
на
основе
математической модели, которая бы описывала состояния всей системы
электроснабжения и нагрузки в виду вероятностного характера
параметров,
описывающих состояние нагрузки и питающих линий. [52]
Поэтому
выбор
определяющего
присоединения
осуществляется
с
применением методов теории нечеткой логики, оперирующей лингвистическими
переменными. В данном случае производится обработка лингвистически
сформулированных экспертных знаний на основании фаззи-технологий.
В
диссертации
Тарасова
Д.М.
«Управление
режимом
напряжения
территориально рассредоточенных электроприемников горных предприятий»
[52] выявлено, что основными факторами, влияющие на величину целевой
функции эффективности регулирования оказывают следующие параметры: длина
линии, мощность нагрузки отдельных узлов и их распределение вдоль линии,
регулирующие эффекты узлов нагрузки, а также величина ущерба, обусловленная
ростом потерь активной мощности при отклонении напряжения от рационального
уровня.
Поэтому возможно осуществить выбор определяющего присоединения,
охарактеризовав каждую отходящую линию набором перечисленных выше
лингвистических
параметров,
сформировав
необходимый
набор
нечетких
множеств, охарактеризованных соответствующими термами и функциями
принадлежности.
дополнительной
Однако
необходимо
лингвистической
дополнить
переменной,
нечеткую
характеризующей
систему
наличие
59
локальных устройств регулирования на отходящем присоединении. Это позволит
обеспечить более рациональную работу устройства группового регулирования
напряжения, повысить эффективность регулирования локальных устройств
компенсации.
Решение задачи по выявлению определяющего присоединения в рамках
теории нечетких множеств осуществлялось с использованием алгоритма
Мамдани. Данный алгоритм является наиболее часто применяемым на практике,
т.к. хорошо себя зарекомендовал в ряде задач управления в режиме реального
времени и позволяет составить меньшее количество правил, нежели требуется
при других способах создания базы правил. [42]
Математически
алгоритм
Мамдани
описывается
следующей
после-
довательностью шагов:
- приведение к нечеткости (фаззификация): находятся степени истинности
для предпосылок каждого правила;
- нечеткий вывод: находятся уровни «отсечения» для предпосылок каждого
из правил, затем находятся усеченные функции принадлежности;
- композиция: производится объединение найденных усеченных функций,
что приводит к получению итогового нечеткого подмножества для переменной
выхода с функцией принадлежности;
- приведение к четкости (дефаззификация).
60
3.3 Формирование
нечетких
множеств
в
задаче
регулирования
напряжения
На основании исследований о возможности применения теории нечетких
множеств в задачах регулирования напряжения, при создании эффективного
способа управления параметрами электрической сети, для описания системы
электроснабжения
использовались
нечеткие
множества
первого
рода
(одномерные), в виду достаточной информативности представления таких
множеств в данных задачах. [45]
В
рассматриваемом
отображения
А(
) ∈ [0,1],
случае,
если
тогда
( )
область
значений
одномерного
является
одномерной
функцией
принадлежности. Для работы с такими функциями, принимающими непрерывные
значения на отрезке [0,1], использовалась нечеткая логика, которая является
одним из разделов теории нечетких множеств. Здесь X - множество (конечное или
бесконечное), которое будет выступать как универсальное множество. Тогда
подмножество А в X есть совокупность упорядоченных пар А={х,μА(х)}, где μА(х) функция, определяющая степень принадлежности элемента х к А; область ее
значений лежит в интервале (μА(х)/Х) ∈ [0,1]. [40]
Различия между представлениями характеристической функции четких
:
→ {0,1} ⊂
и нечетких множеств :
→ [0,1] ⊂
, как видно, заключаются в
том, что четкие множества оперируют двумя отношениями к подмножеству принадлежит, или не принадлежит, характеристическая же функция в теории
нечетких множеств может иметь размытые границы принадлежности.[40]
Одномерное нечеткое подмножество
упорядоченных пар { ,
( )},
⊂
⊂
определялось как совокупность
. В работе использовались следующие
эквивалентные способы представления нечетких множеств:
=
⇔
( )
∑
∫
⇔
( )/
( )/
=
( )
⇔
={ ,
( )} ⇔
- дискретное множество ,
– непрерывное множество.
={
( ), } ⇔
(3.1)
61
Здесь символы ∑ и ∫ понимаются как объединение.
При использовании вычислительных устройств непрерывная функция
принадлежности представлялась в дискретной форме путем аппроксимации
функции принадлежности треугольного типа ступенчатой функцией
∗
А(
). Это
может быть записано в виде:
А*={(1;0), (1,25;0,25), (1,5;0,5), (1,75;0,75) (2;1), (2,25;0,75), (2,5;0,5),
(2,75;0,25),(3;0)}.
Графическая интерпретация записи представлена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Нечеткое непрерывное подмножество А и его аппроксимация А*
Нечеткое множество с одномерной функцией принадлежности
( )
принято называть нечетким множеством первого рода.
Учитывая вышеизложенную информацию, предлагается охарактеризовать
режим
отходящих
присоединений
совокупностью
шестью
параметров:
мощностью нагрузки (S), протяженностью линии (L), зависимостью активной
мощности от уровня напряжения P(U), распределением нагрузки вдоль линии
R(L), категория энергообъекта по ущербу от отклонения напряжения от
рационального уровня (К), наличием локальных установок регулирования
напряжения (С). Для каждой отходящей линии режим напряжения описывается
пятью термами: режим очень тяжелый (ОТ), режим тяжелый (Т), режим средний
(СР), режим легкий (Л), режим очень легкий (ОЛ).
62
Интервал варьирования мощности нагрузки и длины линии задан с
помощью пяти термов
(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 в о.е.). За базис мощности
принимается максимальная мощность из всей совокупности электроприемников.
За базис длины принимается максимальная длина до энергообъекта. Мощность
нагрузки отходящих линий поступает от первичных датчиков тока и напряжения,
входящих в состав существующей системы управления или размещенных в точке
контроля. Информация о длине всех контролируемых линий заносится в базу
данных. Функция принадлежности длинны линии (L) и мощности нагрузки (S)
представлены соответственно на рисунке 3.2 а и б.
Рисунок 3.2 - Функции принадлежности а) длины линии, б) мощности
линии
Распределение нагрузки вдоль линии представлено тремя термами (R(L)):
нагрузка сосредоточена в начале линии (B), распределена вдоль линии (SP),
сосредоточена в конце (E) (рисунок 3.3б). При составлении логического вывода
необходимо учитывать, что при изменении конфигурации линии и нагрузочных
узлов,
и
вариации
напряжения
в
центре
питания
режим
напряжения
электроприемников, размещенных вдоль линии существенно изменяется.
Терм-множество
зависимости
электрической
нагрузки
от
уровня
напряжения Р(U) состоит из трех отдельных термов: сильная (L), средняя (AV),
63
слабая (S) и представлено на рисунок 3.3а. Значения регулирующего эффекта
 P 



U

U Uнно .
нагрузки вблизи режима с номинальным напряжением
Рисунок 3.3 - Функции принадлежности а) зависимости нагрузки от уровня
напряжения, б) распределения нагрузки
Категория энергообъекта по ущербу от отклонения напряжения от
рационального уровня (К) присваивается каждому потребителю при анализе
энергопотребителей и создании БД. Для каждого электроприемника или узла
нагрузки устанавливаются уровень напряжения, при котором обеспечивается
рациональный режим работы, т.е. минимум потерь активной мощности при его
устойчивой
работе
электроприемника
в
и
зависимости
оценивается
от
ущерб
коэффициента
от
загрузки
отклонения
данного
напряжения
от
рационального. Для установления зависимости между появлением ущерба и
уровнем напряжения у энергообъекта определяются данные экономического
ущерба по линиям и соответствующие им уровни напряжения. Всю зону ущербов
можно разделить на три терма и каждой присвоить свою категорию: большой (L),
средний (AV), малый (S). Функция принадлежности К представлена на рисунке
3.4a.
Терм-множество
характеризующие
наличие
локальных
источников
регулирования (C) состоит из трех отдельных термов: отсутствуют (N),
осуществляют регулирование некоторых потребителей (S), регулирование
64
напряжения для совокупности всех электроприемников (F), и представлено на
рисунке 3.4б.
Рисунок 3.4 - Функция принадлежности а) категория электроприемника по
ущербу, б) наличие локальных средств регулирования
65
3.4 Формирование базы правил и приведение к нечеткости
База правил сформирована на основании нечетких предложений (fuzzy
proposition), которые определяются как высказывания типа
"р: x есть А". Здесь
символ "х" обозначает некоторую физическую величину (параметр), например
напряжение, мощность. Символ "А" обозначает лингвистическую переменную,
ассоциируемую с нечетким множеством, а символ "р" является аббревиатурой
proposition - предложение.
Примером
такого предложения
может быть
высказывание "уровень напряжения есть высокий". Физической переменной "х"
здесь является " уровень напряжения", нечеткое множество "А" характеризуется
лингвистической переменной "высокий" и задается с помощью функции
принадлежности
( ) В виде множества пар, состоящих из элементов
универсального множества "Х" и соответствующих им уровней принадлежности
множеству "А". [49]
Нечеткие предложения скомбинированы между собой связками "И", "ИЛИ"
которые реализованы посредством Т- и S- норм соответственно, не имеющих
избыточности.
Предложение "р", представлялось как нечеткое отношение "Р" с функцией
принадлежности:
( ,
)=
( ),
( ) .
(3.2)
Нечеткие предложения, соединенные нечетким "И", охарактеризовывались
как условия или предпосылки, и для них использовался индикатор "Если":
Если р11: х1=А11 и р12:х2=А12 и…
Или
Если р12: х2=А21 и р22:х2=А22 и…
66
Совокупность условий определяет совокупность выводов или заключений,
для их обозначения использовался индикатор ''Тогда". Совокупность условий и
выводов определяло продукционное нечеткое правило (fuzzy rule):
R1:если х1=А11 и х2=А12…, тогда у1=В11 и у2=В12 и…
Или…
Символ Ri - является аббревиатурой rule - правило. Совокупность нечетких
продукционных правил образовали нечеткую базу правил. Для такой базы правил
должны были быть справедливы следующие свойства:
- непрерывность;
- непротиворечивость;
- полнота.
При разработке алгоритма нечеткого управления режимом напряжения в
виде базы правил, обязательным этапом анализа алгоритма является проверка
соответствующей базы правил на непрерывность, непротиворечивость и полноту,
что дало возможность приступить к физической реализации алгоритма
управления. [49]
При формировании базы правил для решения задачи по нахождению
определяющего режим напряжения присоединения, общий вид правила с
применением необходимых логических операций И, ИЛИ имеет вид: первая часть
правила представляет собой высказывание о нечетком (лингвистическом)
значении входных параметров, характеризующих режим напряжения в i-той
линии (S, L, K, С, P(U) и R(L)), вторая часть правила – высказывание о
соответствующей степени тяжести режима (режим очень тяжелый (ОТ), режим
тяжелый (Т), режим средний (СР), режим легкий (Л), режим очень легкий (ОЛ)).
Например: «ЕСЛИ мощность электроприемника (S) очень большая (VL) И длина
линии (L) очень большая (VL), И категория энергообъекта по ущербу от
отклонения напряжения от рационального уровня (К) большая (L), И зависимости
электрической нагрузки от уровня напряжения (Р(U)) большая (L), И нагрузка
сосредоточена в начале линии (B), И отсутствуют локальные устройства
регулирования (N), ТО принимается решение, что режим ОТ.
67
С помощью функций принадлежности, определенных для входных
переменных, вычисляются их фактические значения для каждой линии (Si), (Li),
(Ui(P)), (Ri(L)), (Ki), (Ci), и определяется степень уверенности для каждой
предпосылки правила относительно всех лингвистических термов. Далее
устанавливается
механизм
переработки
логических операций в предусловиях.
фаззи-информации
–
выполнение
68
3.5 Нечеткий вывод
На
этапе
нечеткого
логического
вывода
по
алгоритму
Мамдани
осуществлялось определение уровней «отсечения» для предпосылок каждого из
правил с использованием операции min, затем, в соответствии с полученными
уровнями определялись усеченные функции принадлежности лингвистических
переменных. Операция min является одним из способов задания операции "И" и
представляет логическое произведение.
Применение операции "И" обосновано тем, что для решения задачи по
нахождению определяющего присоединения необходимо рассматривать всю
совокупность параметров режима.
Нечетким расширением операции "И" в общей форме является Т или
триангулярная норма, которая в теории нечетких множеств обозначается
символом (Т). Другим названием T - нормы является S - конорма.
Эта операция определяется как отображение:
( )(Т)
( )→
( );
( ) ∈ [0,1];
( ) ∈ [0,1];
( ) ∈ [0,1].
(3.3)
При использовании триангулярной нормы (Т) в работе учитывались
следующие аксиомы:
( )(Т)(
( ) = 1) = (
( )=
( )(Т)(
( ) = 0) = (
( ) = 0);
( )(Т)
( ) =
( )(Т)
( )(Т)
( )(Т)
( ) =(
( )≤
( )→
( )(Т)
( ));
(3.4)
(3.5)
( ) ;
( )(Т)
( )≤
(3.6)
( ))(Т)
( )(Т)
( ).
( );
(3.7)
(3.8)
Эти аксиомы называются аксиомами граничных условий Т-нормы. В теории
нечетких множеств существует бесконечное число способов задания операции
(Т), удовлетворяющих аксиомам. В теории нечеткого управления находят
применение следующие их типы: логическое произведение (Л. Заде, 1973г.),
алгебраическое произведение (Бандлер и Кохоут, 1980г.), граничное произведение
69
(Лукасевич, Гилес, 1976) и сильное произведение (Вебер, 1983). В теории
нечетких множеств показано, что все операции "И" располагаются между
логическим и сильным произведением. [40]
Геометрическая интерпретация указанных представлений изображена на
рисунке 3.3.
При использовании операции логического произведения использовалось
следующее равенство (Л. Заде, 1973г.) [31]:
( )=
= min
∧
( ),
( )=
( )(Т)
( )=
( )∧
( )=
( ) .
(3.9)
Рисунок 3.3 - Логическое (∧), алгебраическое (∗), граничное (⊗) и сильное (∆)
произведение нечетких множеств
С учетом вышеизложенного, для нахождения функции принадлежности
l(L, S, P(U), R(L), С), характеризующей первое правило нечеткого условного
логического вывода используется логическое произведение:
l(Si; Li; Ki; Ci; Pi(U); Ri(L))=min{j1(Li); j1(S); j1(K); j1(C); j1(P(U)j);
j1(Ri(L))}.
(3.10)
70
3.6 Процедура композиции
На этапе композиции по алгоритму Мамдани осуществлялось объединение
найденных усеченных функций, что позволило получить итоговое нечеткое
подмножество
для
переменной
выхода
и
соответствующую
функцию
принадлежности.
Процедура композиции в работе осуществлялась за счет использования
операции "ИЛИ" и ее представлении в виде логической суммы по Л.Заде. [31]
Нечетким расширением операции "ИЛИ" в общем виде является S-норма, которая
обозначается символом (S). Иногда для нее используется название Т-конорма.
Эта операция представляется как отображение:
( )( )
( )→
( ).
(3.11)
При процедуре композиции принимались во внимание следующие аксиомы:
( )( )(
( ) = 1) = (
( ) = 1);
( )( )(
( ) = 0) = (
( )=
( )( )
( ) =
( )( )
( ) ;
( )( )
( )( )
( ) =(
( )( )
( )≤
( )→
( )( )
(3.12)
( ));
( )≤
(3.13)
(3.14)
( ))( )
( )(Т)
( );
( ).
(3.15)
(3.16)
Cравнение аксиом для Т- нормы с аксиомами для S-нормы показывает, что
различие между ними состоит только в аксиомах граничных условий.
В теории нечеткого управления находят применение следующие типы
операций (S), удовлетворяющие аксиомам (3.19)-(3.23): логическая сумма (Л.
Заде, 1973г.), алгебраическая сумма (Бандлер и Кохоут, 1980г.), граничная сумма
(Лукасевич, Гилес, 1976), сильная сумма (Вебер, 1983). Существует множество
других способов реализации нечеткой операции "ИЛИ", и в теории нечетких
множеств показано, что все операции "ИЛИ" располагаются между логической и
сильной суммой. [40]
71
Геометрическая интерпретация указанных представлений изображена на
рисунке 3.4.
Логическая сумма по Л. Заде [31]:
( )=
= max (
( )=
∨
( ),
( )( )
( )=
( )∨
( )=
( )) .
(3.17)
Рисунок 3.4 - Логическая (∨), алгебраическая (+), граничная (⊕) и сильная (∇)
сумма нечетких множеств
В процессе решения задачи по нахождению определяющего присоединения,
результирующая функция принадлежности l(Si; Li; Ki; Ci; Pi(U); Ri(L)), которая
характеризует всю совокупность l-ых правил для i-той линии, соединенных собой
союзом ИЛИ, определяется как максимум среди всех функций принадлежности:
r(Si; Li; Ki; Ci; Pi(U); Ri(L))=max{l(Si; Li; Ki; Ci; Pi (U); Ri(L))}
(3.18)
Каждой i-той линии (Лi) в соответствии с определенным логическим
правилом присваивается степень тяжести режима (Тj1).
Выбирается
линия,
которая
определяет
режим
напряжения
в
распределительной сети (Лv), по максимальной из определенных результирующих
степеней принадлежности:
v(Y)=max{r(Si; Li; Ki; Ci; Pi (U); Ri(L))}.
(3.19)
72
3.7 Приведение к четкости
3.7.1 Агрегация локальных выводов
При процедуре агрегации в работе производилось объединение локальных
выводов Bi, полученных по каждому правилу Ri, в один общий вывод В, который
характеризует в целом базу правил.
Решение этой задачи осуществлялось в несколько подходов.
В первом происходит получение сначала выводов Bi по каждому правилу, и
далее в комбинирование этих выводов по определенным алгоритмам в один
общий вывод В.
Во втором происходит сначала комбинирование всех правил Ri, и затем
получение вывода по этой комбинации, который принимается за общий вывод В
базы правил.
3.7.2 Дефаззификация
В процессе дефаззификации, являющимся конечным этапом нечеткого
логического вывода, осуществлялось преобразование нечеткого общего вывода В
в физическую переменную. Для ее выполнения при решении поставленной задачи
выявления определяющего присоединения применялся метод центра тяжести,
использующий усреднение [61]:
=
∫
∫
( )∙
( )
,
где Z – координаты центра тяжести.
(3.20)
73
3.8 Формы представления нечетких множеств для вычислительной
техники
При компьютерной реализации управляющей системы база правил
формировалась в виде данных о структурах и операциях над ними. Нечеткие
множества
представлялись
в
двух
формах:
функциональном
и
парном
представлении.
3.8.1 Функциональное представление нечетких множеств
Функциональный тип представления классифицировался как непрерывный,
и характеризовался функциональной зависимостью f(х):
( ) = ( ).
(3.21)
При описании функционального представления дискретным способом
использовался вариант векторного представления, который является дискретной
аппроксимацией непрерывной области в виде парного представления с
равноточной дискретной областью. Название такого вида представления связано с
тем, что значения принадлежности в памяти компьютера запоминаются как
вектор. [55]
Следует отметить, что при функциональном представлении возникают
затруднения осуществления операций с нечеткими множествами других типов,
например, с дискретными. При функциональном представлении удобно работать
с компьютером, оперирующим с символьными переменными. Но во многих
случаях результат не может быть представлен в символьной форме в виде
функциональной зависимости. Таким образом, при микропроцессорном решении
практических задач необходима дискретизация непрерывной области. [55]
74
3.8.2 Парное представление нечетких множеств при
микропроцессорном решении задачи регулирования
При компьютерной реализации парное представление определялось в виде
нечетких пар, совокупностью представляющих область определения функции
принадлежности:
( )=
где
+⋯+
,
(3.22)
– дискретные значения аргумента;
- дискретные значения фукции.
Таким представлением описывались дискретные нечеткие множества. На
практике данный способ реализовался точечным способом. При этом шаг
дискретизации
не
обязательно
мог
представляться
эквидистантным.
Промежуточные значения получались методом линейной интерполяции. Данный
способ представления имеет преимущество перед векторным представлением, так
как отсутствуют ограничения, связанные с эквидистантной дискретизацией.
Точечный способ решения задач часто используется в программном обеспечении
компьютера, так как позволяет решать задачи с использованием нечеткого
управления. Так, например, треугольная функция принадлежности задавалась
тремя точками, а все остальные получались путем интерполяции. [49]
Практика показала, что при компьютерной реализации чаще всего
используется именно парное представление, а функциональное - лишь для
компьютеров,
имеющих
символьную
форму
операций,
соответственно, большего времени на вычисления. [49]
что
требует,
75
3.9 Применение нечеткой логики в задачах микропроцессорного
управления
В
настоящее
время
актуальным
является
вопрос
быстродействия
вычислительной техники в задачах управления режимами напряжения, так как
формализация таких задач сопряжена с решением систем интегральнодифференциальных уравнений. Как уже было сказано, существует подход к
использованию человеческого опыта или послеопытной достоверной информации
к управлению объектами, что реализуется при помощи нечеткой логики в
структуре управления объектом. В настоящее время, аппарат нечеткого
логического управления может поддерживаться системой как программно, так и
аппаратно. [30]
В общем случае, информация проходит три стадии обработки:
- преобразование входной физической переменной в нечеткое множество процедура фаззификация;
- логическая обработка нечетких переменных (композиция, импликация)
базы правил контроллера, получение локального и общего вывода из базы правил
в виде нечеткого множества;
- преобразование нечеткого множества в физическую переменную процедура дефаззификации.
Поэтому, блочную схему нечёткого регулятора можно представить
состоящей из трёх основных блоков, что проиллюстрировано на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 - Блочная схема нечёткого регулятора
76
3.10 Выводы к главе 3
В третьей главе диссертационной работы рассмотрены вопросы применения
методов теории нечеткой логики при решении задач по оптимизации режимов
напряжения. На основании приведенных в данной главе теоретических сведений
можно сделать следующие выводы:
1. Обосновано применение методов нечеткой логики для выявления
определяющего
присоединения
в
системе
электроснабжения
с
учетом
стохастического характера изменения параметров, характеризующих состояние
электротехнического комплекса.
2. Сформированы
лингвистические
переменные,
характеризующие
отходящие присоединения в системе электроснабжения и позволяющие учесть
состав нагрузки, ее распределение вдоль питающих линий, протяженность
отходящих присоединений, регулирующие эффекты по напряжению и наличие
локальных устройств регулирования напряжения. Для каждой лингвистической
переменной задан набор термов и определены функции принадлежности.
3. Разработана процедура нечеткого логического вывода в соответствии с
алгоритмом Мамдани, для которой определены способы вывода, композиции,
агрегации и дефаззификации, с учетом специфики задачи регулирования
напряжения в электротехнических комплексах.
4. Составлена база правил, характеризующая отношения лингвистических
переменных по каждому присоединению к выходной переменной на основе
экспертной оценки состояния электротехнического комплекса в произвольный
момент времени.
5. Определен способ формализации нечетких множеств на основе парного
представления
для
экспериментальной
управления.
реализации
установки,
компьютерной
оснащенной
модели
и
микропроцессорной
физической
системой
77
ГЛАВА 4 АЛГОРИТМ И УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ
НАПРЯЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Задачи регулирования
Основной задачей при регулировании уровня напряжения является
необходимость
учитывать
совокупность
фактических
параметров
сети,
характеризующих режим напряжения. При этом, основной проблемой при
обеспечении рационального режима напряжения посредством автоматического
изменения коэффициента трансформации будет являться создание системы
управления, алгоритма управления и выбор правильных уставок срабатывания
устройства РПН.
Выбор нижней уставки срабатывания РПН влияет на устойчивость работы
электродвигателей и особенно важен для предприятий, где есть потребители,
электроснабжение которых осуществляется по протяженным линиям, а также
электроприемники, работающие в тяжелых нагрузочных условиях. Как показали
исследования, минимум регулировочных характеристик нагрузки по напряжению
с учетом ограничений по ГОСТ Р 54149-2010 находится вблизи 0,95 Uн. Поэтому,
для снижения потерь активной и реактивной мощностей, напряжение на шинах
понизительных подстанций предприятия следует поддерживать близким к
нижнему пределу, обусловленному устойчивостью работы наиболее удаленных от
шин подстанций электроприемников (не оборудованных индивидуальными
устройствами регулирования напряжения), с учетом компенсации потерь в
питающих линиях. [10]
При коррекции нижней уставки по току целесообразно контролировать не
менее двух линий с наибольшими потерями, т.к. отключение одной линии (Iнг = 0)
может привести к снижению напряжения на шинах подстанции ниже минимально
допустимого уровня и снижению уровня напряжения на электроприемниках ниже
уровня, обеспечивающего их устойчивую работу. Поэтому микропроцессор
78
должен определить линию с наибольшими потерями и рассчитать нижнюю
уставку РПН ориентируясь на эту линию [34, 67]:
U уст.н  U min.доп  MAX {I нг .i ( R лi Cosi  X лi Sini )}
,
(4.1)
где: Iнг.i - ток нагрузки i-той линии в часы максимума нагрузки
предприятия; Rлi и Xлi - соответственно активное и реактивное сопротивление iтой линии.
При регулировании напряжения на ГПП необходимо обеспечить баланс
между снижением суточного числа переключений (зависящего от ширины зоны
нечувствительности), увеличением срока службы контактов до нескольких лет и
достижением экономического эффекта от процесса регулирования напряжения.
Широкая зона нечувствительности является причиной повышенного потребления
электроэнергии при работе на повышенном напряжении. [7,46]
Проблему нахождения верхней уставки срабатывания устройств РПН, при
которой процесс регулирования будет экономически выгодным, можно решить,
построив целевую функцию экономической эффективности регулирования
напряжения на шинах понизительной подстанции в зависимости от ширины зоны
нечувствительности Z=f(ΔU).
Z  Эг  С пер  С пост  К год
(4.2)
где: Эг - годовая экономия от снижения потребления электроэнергии при
внедрении автоматического регулирования режима напряжения на шинах
понизительной подстанции; Спер - годовые текущие затраты зависящие от
ширины зоны нечувствительности; Спост - годовые текущие затраты не
зависящие от ширины зоны нечувствительности; Кгод - капитальные затраты на
аппаратуру автоматического управления устройствам РПН, приведенные к
одному году. [52]
Определив нижнюю уставку срабатывания РПН и задаваясь различными
значениями ширины зоны нечувствительности U можно найти область значений
верхней уставки, при которой регулирование режима напряжения с помощью
устройства РПН силового трансформатора экономически выгодно.
79
Далее необходимо определить присоединение, регулирование напряжения
по параметрам которого, с учетом стохастического характера изменения
параметров электротехнического комплекса и ограниченности средств измерения
и телеметрии в данной системе, позволит поддерживать рациональный уровень
напряжения в системе.
Как было описано выше, для нахождения данного присоединения
необходимо использовать методы нечеткой логики. Нечеткая экспертная система
использует для вывода решения вместо Булевой логики совокупность нечетких
функций принадлежности и правил. Большинство инструментальных средств,
работающих с нечеткими экспертными системами, позволяют применять в
правиле несколько заключений. Совокупность правил в нечеткой экспертной
системе формирует базу знаний (БЗ). Экспертными методами определяются терммножества
параметров,
формирующих
функции
принадлежности
всех
лингвистических переменных и алгоритмы фаззи-модулей, осуществляющих
выбор устройств. [52]
В общем случае вывод решения происходит за четыре шага, а именно [53]:
1. С помощью функций принадлежности, определенных на входных
переменных, вычисляются их фактические значения, и определяется степень
уверенности для каждой предпосылки правила.
2. Используя процедуру вывода, вычисляется значение истинности для
предпосылки каждого правила. В результате этого каждой переменной вывода
для каждого правила назначается одно значение из нечеткого подмножества
значений. Обычно для вывода используется минимизация. При минимизирующем
логическом выводе выходная функция принадлежности ограничена сверху в
соответствии с вычисленной степенью истинности предпосылок (нечеткое
логическое И).
3. Используя композицию, все нечеткие подмножества, назначенные для
каждой
выходной
единственное
переменной,
нечеткое
объединяются
подмножество
значений
вместе,
для
и
каждой
формируется
выводимой
переменной. При использовании композиции МАХ объединенное выходное
80
нечеткое подмножество значений создается путем нахождения максимума из всех
нечетких подмножеств, назначенных переменным в соответствии с правилом
вывода (нечеткое логическое ИЛИ). В композиции SUM объединенное выходное
нечеткое подмножество создается суммированием всех нечетких значений из
подмножеств, назначенных для переменной вывода также с помощью правил
вывода.
4. Процесс
точной
интерпретации,
который
используется
для
преобразования нечеткого набора значений выводимых переменных к точным
значениям.
81
4.2 Структура нечеткого управления при регулировании напряжения
Для осуществления группового регулирования режимов напряжения
необходимо совместно с устройствами РПН использовать быстродействующие
автоматические регуляторы для автоматического изменения коэффициента
трансформации
силовых
трансформаторов
по
алгоритмам,
позволяющим
учитывать изменения совокупности влияющих на режим напряжения факторов.
[66]
При прямом методе построение функции принадлежности выполняется
экспертом, который определяет лингвистические переменные, т.е. делит весь
диапазон возможных изменений переменной на отдельные участки. Затем он
ставит в соответствие степень принадлежности, которая наилучшим образом
соответствует смысловой интерпретации, данным термам рассматриваемого
множества. Функция принадлежности может быть линеаризована и, что особенно
важно, линеаризация при операциях с нечеткими множествами практически не
приводит к потере информации.
Для лингвистического описания регулируемых величин применяются
линейные
треугольные
функции
принадлежности,
которые
симметричны
относительно нулевой точки. Это позволяет построить нечеткий модуль выбора
присоединения с минимальным количеством вычислительных операций. При
этом принятое количество лингвистических термов достаточно для того, чтобы
поддерживать систему в устойчивом состоянии. [29]
База правил формируется в форме ЕСЛИ-ТО и имеет следующий вид:
первая часть правила представляет собой высказывание о лингвистическом
значении входных параметров, характеризующие режим напряжения в i-той
линии (S, L, K, С, P(U) и R(L)), вторая часть правила – высказывание о
соответствующей степени тяжести режима (режим очень тяжелый (ОТ), режим
тяжелый (Т), режим средний (СР), режим легкий (Л), режим очень легкий (ОЛ)).
Далее
устанавливается
механизм
переработки
фаззи-информации
–
выполнение логических операций в предусловиях. Так как необходимо
82
рассматривать всю совокупность параметров режима, применительно к данной
решаемой задачи, используется операция И. Для операции И используется
минимум-оператор.
На основе логических правил выполняются основные фаззи-логические
вычисления, в результате которых получают решение задачи в категориях
нечеткой логики.
Для
нахождения
функции
принадлежности
l(L,
S,
P(U),
R(L)),
характеризующей первое правило нечеткого условного логического вывода,
можно использовать правило Мамдани:
l(Si; Li; Pi(U); Ri(L))=min{j1(Li); j1(S); j1(P(U)j); j1(Ri(L))}
(4.3)
Результирующая функция принадлежности l(Si; Li; Pi(U); Ri(L)), которая
характеризует всю совокупность l-ых правил для i-той линии, соединенных собой
союзом ИЛИ, определяется как максимум среди всех функций принадлежности:
r(Si; Li; Pi (U); Ri(L))=max{l(Si); Li; Pi (U); Ri(L))}
(4.4)
Каждой i-той линии (Лi) в соответствии с определенным логическим
правилом присваивается степень тяжести режима (Тj1).
Выбирается
линия,
которая
определяет
режим
напряжения
в
распределительной сети (Лv), по максимальной из определенных результирующих
степеней принадлежности:
v(Y)=max{r(Si; Li; Pi (U); Ri(L))}.
(4.5)
В данном случае, значение Nл (номер линии) является выходным сигналом
нечеткого
регулятора,
согласно
которому
системой
управления
РПН
устанавливается необходимое значение напряжения на первичной обмотке
силового трансформатора.
83
4.3 Алгоритм
регулирования
напряжения
по
определяющему
присоединению
При создании алгоритма используются следующие очевидные правила:
- при регулировании напряжения необходимо поддерживать его значение у
потребителя в пределах, нормируемых ГОСТ Р 54149-2010 [69].
- необходимо, чтобы устройство РПН не реагировало бы на кратковременные снижения напряжения, обусловленные короткими замыканиями, резкими
набросами нагрузки, запусками мощных двигателей и т.д.
- при регулировании напряжения необходимо, чтобы нечёткий контроллер
мог корректировать свою работу в зависимости от своего состояния. Т.е. при
подходе переключателя к своему максимальному (или минимальному) значению,
работа устройства должна замедляться.
- кроме того, необходимо, чтобы количество переключений контроллера
было наименьшим. Это требование вытекает из обеспечения надёжности
функционирования переключающего оборудования (в нашем случае - РПН),
поскольку с ростом частоты переключений возрастает риск отказа оборудования.
Предполагается
с
помощью
РПН
трансформатора
поддерживать
напряжение нагрузки в нормируемых пределах. При этом поддерживаться в
нормируемых пределах оно должно не на вторичной обмотке трансформатора, а
непосредственно у потребителя.
На рисунке 4.1 представлен алгоритм принятия решения регулирующим
устройством на выдачу управляющего воздействия в блоке автоматического
регулирования, где: Ui и Ii– текущее значение напряжения и тока.
84
Рисунок 4.1 - Алгоритм принятия решения регулирующим устройством на выдачу
управляющего воздействия для регулирования напряжения
Алгоритм
работы
блока
автоматического
регулирования
РПН
предусматривает выполнение следующих операций:
1. При включении питания происходит тестирование работоспособности
регулятора.
2. Циклически
считываются
данные
о
параметрах
режима
в
контролируемых линиях с АЦП блока аналогового ввода программируемого
контроллера и счетчиков.
3. Определяются действующие значения токов и напряжений.
4. Из базы данных считывается информация по электроприемникам и
системе электроснабжения: номер присоединенной линии (№ Лi), длинна каждой
линии (Li), категория энергообъекта по ущербу от отклонения напряжения от
рационального
уровня
(Ki),
наличие
локальных
средств
регулирования
85
напряжения (Сi), степень зависимости активной мощности от напряжения P(Ui),
степень распределения нагрузки (Ri), которые поступают в нечеткий контроллер.
5. Производится расчет потребляемой мощности всех электроприемников.
6. Проводится фаззифицирование.
7. Выполняются фаззи-логические операции и дефиззификация.
8. Производится ввод Uv
действ,
Iv
действ
линии, определяющей режим
напряжения, в регулятор устройства РПН.
9. Проверяется состояние дискретных входов.
Наличие любого сигнала внешней блокировки запрещает формирование
команд «Прибавить» и «Убавить». При снятии сигналов внешней блокировки
разрешается регулирование.
10. Если обнаружен сигнал от нижнего концевого выключателя (на входе
«Запрет убавить»), то запрещается выдача команды «Убавить».
Если обнаружен сигнал от верхнего концевого выключателя (на входе
«Запрет прибавить»), то запрещается выдача команды «Прибавить».
11. Если в регулируемой секции вводной ток Iвв  (Iвв)max, то запрещается
выдача команды «Прибавить», пока токи превышают граничные условия.
12. Если в регулируемой секции напряжение U0 превышает уставку, то
запрещается выдача команды «Прибавить». При снижении напряжения ниже
порогового разрешается регулирование.
13. Если в регулируемой секции действующее значение напряжения меньше
Umin, то срабатывает задержка по времени. Если спустя время задержки
напряжение меньше уставки, то запрещается регулирование. При повышении
напряжения выше Umin разрешается регулирование.
14. Если в регулируемой секции действующее значение напряжения больше
Umax, то срабатывает задержка по времени (задержка выдачи команды «Убавить»
при перенапряжении). Если спустя это время напряжение больше уставки, то
запрещается выдача команды «Прибавить». Запускается программа на отработку
перенапряжения, т.е. команда «Убавить» будет выдаваться через задержку по
86
времени после завершения очередного цикла переключения, пока напряжение не
опустится до напряжения поддержания.
15. Проводится анализ режима напряжения в выделенной линии:
• производится расчет общих потерь мощности в питающей линии, с
учетом
изменения
напряжения
при
различных
нагрузках
электропотребителей, вероятностного времени наличия нагрузки и
дополнительных потерь, вследствие передачи реактивной мощности;
• рассчитывается экономический ущерб от потерь энергии при
отклонениях напряжения определяется из выражения;
• определяется значение рационального уровня напряжения, при
минимальном экономическом ущербе от потерь электроэнергии.
16. Если при анализе токов и напряжений граничные условия не нарушены,
то после проверки условий, определяются и формируются команды «Прибавить»
или «Убавить».
87
4.4 Компьютерное
моделирование
устройства
регулирования
напряжения
В случае регулирования напряжения на шинах потребителя в качестве
нечёткого алгоритма был выбран алгоритм Мамдани. Это объясняется несколькими факторами:
- Простота реализации при программировании.
- Алгоритм Мамдани позволяет составить меньшее количество правил,
нежели требуется при других способах создания базы правил.
Данный алгоритм является наиболее часто применяемым на практике, т.к.
очень хорошо себя зарекомендовал в ряде задач управления в режиме реального
времени. Математически он может быть описан следующей последовательностью
шагов [43]:
- нечеткость: находятся степени истинности для предпосылок каждого
правила;
- нечеткий вывод: находятся уровни «отсечения» для предпосылок каждого
из правил (с использованием операции min), затем находятся усеченные функции
принадлежности;
- композиция: с использованием операции max (обозначаемой как «V»)
производится объединение найденных усеченных функций, что приводит к
получению итогового нечеткого подмножества для переменной выхода с
функцией принадлежности;
- дефаззификация: проводится методом центра тяжести.
При
компьютерном
моделировании
использовалась
среда
Matlab.
Первоначальным этапом стало описание функций принадлежности и создание
базы правил в пакете расширения Fuzzy Logic Toolbox. Для отработки алгоритма
регулирования
использовалось
шесть
параметров,
описывающих
режим
отходящего присоединения: мощность нагрузки S, длину линии L, распределение
нагрузки вдоль линии R(L) и регулирующий эффект по напряжению P(U),
88
категория ущерба (К), наличие локальных устройств регулирования (С), которые,
в свою очередь, описывались соответствующими термами.
Редактор Функций Принадлежности в пакете расширения Fuzzy Logic
Toolbox представлен на рисунке 4.2. Шесть лингвистических параметров,
характеризующих
присоединение,
так
же
термы,
описывающее
режим
напряжения, задавались с помощью треугольной формы отображения терммножеств на интервале [0, 1]. Интервалы и количество термов, характеризующих
каждый лингвистический параметр, задавались в соответствии с описанием,
приведенным в главе 3.
Рисунок 4.2 - Редактор функций принадлежности
Настройка
алгоритма
нечеткого
логического
вывода
системы
осуществляется в Редакторе Нечеткого Вывода (Fuzzy Interface System),
89
показанном на рисунке 4.3. В данном пользовательском интерфейсе производится
выбор алгоритма Мамдани, для осуществления нечеткого вывода, задается тип и
количество лингвистических параметров, которыми будет оперировать система. В
редакторе производится настройка методов композиции, импликации и агрегации
локальных состояний системы, а также определение метода дефаззификации. [62]
В данном случае операция «И» и импликация осуществляется с помощью
оператора min, операция «ИЛИ» и агрегация осуществляется с помощью
оператора max. В качестве метода дефаззификации используется метод центра
тяжести.
Рисунок 4.3 - Редактор нечеткой системы вывода (FIS)
Следующим этапом настройки нечеткой системы является создание базы
знаний с помощью редактора правил (Rule Editor), который представлен на
рисунке 4.4. База правил, описывающая возможные комбинации термов по
каждому лингвистическому параметру, состоит из 516-ти выражений в форме
90
ЕСЛИ-ТО. Пример базы правил, составленный для описания режима напряжения
представлен в приложении А.
Для отладки системы и проверки ее работоспособности используется
редактор просмотра правил (Rule Viewer), который представлен на рисунке 4.5.
Данный
редактор
позволяет
оценить
базу
правил
на
непротиворечивость и полноту экспертного анализа.
Рисунок 4.4 - Создание базы правил
непрерывность,
91
Рисунок 4.5 – Процесс дефаззификации
Результатом разработки системы нечеткого логического вывода является
fis-файл,
содержащий
информацию
по
лингвистическим
переменным
и
характеризующим их термам, базе правил и методе нечеткого вывода. Данный
файл указывается в качестве исполнительного при настройке блока Fuzzy Logic
Controller в среде Simulink.
В качестве объекта исследования в среде Simulink была создана
компьютерная модель подстанции 35/6 кВ, к шинам которой подключена
нелинейная динамическая нагрузка. Принципиальная однолинейная схема
моделируемой подстанции и поопорная схема линий электропередач
и
расположения оборудования представлены в приложении Б.
Структурная схема моделируемой системы представлена на рисунке 4.6, где
Source 35kV – блок, описывающий питающую систему 35кВ; Transformer – блок,
описывающий модель трехфазного трансформатора напряжения 35/6кВ; Line –
92
блоки, задающие параметры длинной линии; V-I measurement – блок измерения
действующих значений тока и напряжения; Dynamic load – блоки, моделирующие
трехфазную динамическую нагрузку; Power demand – блоки задания изменения
потребляемой мощности для блоков динамической нагрузки; Fuzzy-logic controller
- блок нечеткого контроллера; On-load regulator – блоки регулирования
напряжения под нагрузкой.
Значения
потребляемой
мощности
отходящих
присоединений
преобразуются от входных сигналов по току и напряжению в блоке S.
Информация,
характеризующая
лингвистические
параметры
по
каждому
присоединению хранится в соответствующих блоках S, L, R(L), P(U), K, C и
поступает на вход нечеткого котроллера. Выходом нечеткого котроллера является
значение вольтодобавки, поступаемое на вход блока On-load regulator, который
представляет из себя три регулируемых источника напряжения, сдвинутых
относительно друг друга по фазе на 120 градусов.
В блоках Power demand хранится информация по графикам изменения
нагрузки по каждому из отходящих присоединений, записанная в виде двумерных
массивов данных. Выходной сигнал с блоков Power demand поступает на входы
блоков динамической нагрузки, изменяя тем самым фактическое потребление
мощности.
Таким образом, значение потребляемой мощности, а также значения
остальных
лингвистических
параметров
поступают
на
вход
нечеткого
контроллера в соответствии с заданными в блоках Power demand режимами
работы отходящих присоединений. Нечеткий контроллер формирует значение
вольтодобавки на основании необходимого значения напряжения для выбранного
определяющего присоединения и фактического напряжения на низкой стороне
трансформатора. Полученное значение вольтодобавки поступает на вход блока
регулирования напряжения под нагрузкой, изменяя тем самым напряжение на
высокой стороне трансформатора, и соответственно на вторичной обмотке
трансформатора и отходящих присоединениях.
93
Рисунок 4.6 - Модель подстанции 35/6кВ с нечетким контроллером и РПН
В процессе работы исследуемой модели были получены графики изменения
напряжения в зависимости от нагрузки во времени. На рисунке 4.7 показан
график нагрузки. Далее представлены графики изменения напряжения в
относительных единицах на шинах ГПП и на нагрузке определяющего
присоединения. Данные графики представлены на рисунке 4.8 и рисунке 4.9
соответственно.
Приведены
три
кривые,
соответствующие
отклонению
напряжения при обычном (традиционном, "чётком") регулировании напряжения,
при нечётком регулированию, и кривая отклонения напряжения при отсутствии
регулирования.
94
В процессе исследования результаты показали, что нечёткий контроллер
реагирует на изменение напряжения быстрее, чем классический регулятор. Т.е
качество напряжения при нечётком регулировании выше, чем при классическом,
т.к. при нечётком регулировании напряжение меньшее время находилось вне
зоны ±5%.
Также, в результате исследований было получено, что нечёткий контроллер
в большинстве случаев совершает меньшее количество переключений. В результате этого надёжность функционирования РПН повышается.
В некоторых случаях, при медленных изменениях нагрузки, нечёткий
контроллер совершает такое же количество переключений, что и классический,
однако при этом качество напряжения поддерживается лучшим, чем у
классического.
Особенно ярко различие функционирования нечёткого и классического
контроллеров проявляется при работе РПН вблизи своих крайних положений, а
также при длительной работе, когда количество переключений за сутки
становится сравнительно большим числом.
При подходе РПН к своему предельному положению, классический
контроллер не меняет характер своей работы. Нечёткий же контроллер старается
предотвратить подход переключателя к своему крайнему положению, т.е.
корректирует работу в зависимости от текущего положения переключателя отпаек
РПН.
При повышенном значении числа переключений в сутки нечёткий контроллер пытается снизить нагрузку на РПН путём увеличения времени переключения, тем самым снижая количество переключений и уменьшая вероятность
выхода РПН из строя вследствие излишних переключений.
95
Потребление электроэнергии на шинах ПП
1,10
1,00
1,00
0,96
W, отн.ед.
0,90
0,86
0,80
0,74
0,70
0,64
0,60
0,60
0,60
0,54
0,50
0,40
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время, ч
Рисунок 4.7 - Суточный график изменения активной мощности от времени на
шинах подстанции
Отклонение напряжения на шинах ПП
1,200
1,150
∆U, отн.ед.
Без регулирования
1,099
1,100
Нечеткое
регулирование
1,075
1,074
1,050
1,000
0,950
0,916
0,900
0,933
Классическое
регулирование
0,850
0,800
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время, ч
Рисунок 4.8 - Суточные графики изменения отклонения напряжения от времени
на шинах подстанции
96
Отклонение напряжения на определяющем
присоединении
1,050
Нечеткое регулирование
1,025
∆U, отн.ед.
1,000
0,975
Классическое
регулирование
0,950
0,925
0,919
0,919
0,893
0,894
0,900
0,884
0,875
0,886
Без регулирования
0,850
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время, ч
Рисунок 4.9 - Суточные графики изменения отклонения напряжения от времени
на нагрузке определяющего присоединения
Результаты
проведенного
компьютерного
моделирования
позволили
оценить потери электрической энергии [28] в электротехническом комплексе в
относительных единицах при сравнении результатов работы классического
регулятора устройства регулирования под нагрузкой и нечеткого регулятора,
осуществляющего управление по определяющему присоединению. Применение
фаззи-управления устройством РПН позволяет снизить потери электрической
энергии на 9-11% по сравнению с классическим алгоритмом регулирования
напряжения. На рисунке 4.10 представлена суточная гистограмма потерь
электроэнергии, наглядно демонстрирующая результаты работы двух различных
способов управления режимом напряжения.
97
Относительные потери электроэнергии
1,1
1,0
0,9
∆W, отн.ед.
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время, ч
Потери электроэнергии при классическом регулировании
Потери электроэнергии при нечетком регулировании
Рисунок 4.10 - Суточный график изменения потерь электроэнергии от времени на
шинах подстанции
98
4.5 Эмулирование микроконтроллера в среде PROTEUS
Для определения типа микроконтроллера, а также его способности решать
поставленные задачи по регулированию напряжения иногда не достаточно знания
его технических характеристик. Определить целесообразность применения
определенного
вида
микроконтроллера,
проверить
его
работоспособность
возможно благодаря средам эмулирования, которые представляют комплекс
программных средств, предназначенный для копирования функций одной
вычислительной системы на другой, отличной от первой, вычислительной
системе таким образом, чтобы эмулированное поведение как можно ближе
соответствовало поведению оригинальной системы. Целью является максимально
точное воспроизведение поведения в отличие от разных форм компьютерного
моделирования, в которых имитируется поведение некоторой абстрактной
модели.
Одним из наиболее удобных и полноценных инструментов для решения
подобного рода задачи является программный продукт PROTEUS. Пакет
представляет собой систему схемотехнического моделирования, базирующуюся
на основе моделей электронных компонентов. Отличительной чертой пакета
PROTEUS является возможность моделирования работы программируемых
устройств: микроконтроллеров, микропроцессоров, DSP и проч. PROTEUS может
симулировать работу следующих микроконтроллеров: 8051, ARM7, ARM CortexM3, AVR, Texas Instruments, Motorola, PIC, Basic Stamp. Дополнительно в пакет
PROTEUS входит система проектирования печатных плат.
Первоначальным этапом стало создание модели микроконтроллера Arduino
Uno R3 для оценки его способности реализовать аппарат нечеткой логики при
выполнении условий по быстродействию, которая представлена на рисунке 4.11.
Контроллер Arduino Uno построен на базе микропроцессора ATmega328.
Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться
как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем
USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки.
99
Основные характеристики микроконтроллера представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Характеристики микроконтроллера Arduino Uno R3
Микроконтроллер
ATmega328
Рабочее напряжение
5В
Входное напряжение (рекомендуемое)
7-12 В
Входное напряжение (предельное)
6-20 В
Цифровые Входы/Выходы
14 (6 из которых могут
использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы
6
Постоянный ток через вход/выход
40 мА
Флеш-память
32 Кб (ATmega328) из которых 0.5 Кб
используются для загрузчика
ОЗУ
2 Кб (ATmega328)
EEPROM
1 Кб (ATmega328)
Тактовая частота
16 МГц
Используя модель чипа микропроцессора ATmega328, блоки ввода/вывода и
необходимые силовые и логические элементы, в среде PROTEUS была создана
модель платы по технической документации на микроконтроллер. Контактным
группам платы были назначены соответствующие выводы микропроцессора,
силовые цепи питания микроконтроллера и индикаторного светодиода платы,
также генератор тактовой частоты подключены к соответствующим pin-контактам
микропроцессора. Компьютерная модель микроконтроллера показана на рисунке
4.11.
100
Рисунок 4.11 - Создание модели платы микроконтроллера на базе
микропроцессора ATMega328 в среде PROTEUS
Вторым
этапом
стало
создание
компьютерной
модели
установки
регулирования напряжения под нагрузкой представленной на рисунке 4.12.
Предполагалось, что физическая модель должна быть реализована с помощью
регулируемого лабораторного трансформатора напряжения, сервопривода вала
трансформатора, микроконтроллера, жидкокристаллического дисплея и органов
управления.
Автотрансформатор с установленным на его валу сервоприводом является
объектом управления и представляет собой модель силового трансформатора,
оснащенного
устройством
преобразование
входной
РПН.
Микроконтроллер
информации,
осуществляет
выполняет
сбор
и
фаззи-логические
преобразования, формирует и выдает управляющий сигнал на поворот вала
сервопривода и осуществляет вывод информации об уровне напряжения и
101
определяющем
присоединении
представлены
потенциометрами,
на
экран
дисплея.
каждый
из
Органы
которых
управления
моделирует
соответствующую лингвистическую переменную.
Подключение дисплея к микроконтроллеру осуществлялось по нескольким
контурам. Отдельным контуром реализовывалась фоновая подсветка, подключив
соответствующие контакты дисплея к шине питания 5В и рельсе земли.
Подключение цепи, отвечающей за отображение символов, осуществлялось
с использованием контактов 1, 2 и 3 (известные как VSS, VD0 и VEE),
подключенных необходимым образом к питанию 5В и рельсе земле.
Коммуникация между микроконтроллером и экраном осуществлялась по
нескольким линиям взаимодействия. Для этого, 5-й контакт дисплея, который
отвечает за выбор режима чтение/запись, был соединен с рельсой земли, что
означает «всегда получать данные». Затем, микроконтроллер и экран были
соединены следующими линиями коммуникации:
• цифровой вывод микроконтроллера - 4-й контакт дисплея - линия
адресного сигнала, известная как A0 или RS. В зависимости от того, 0 она или 1,
дисплей определяет, поступила ли на ввод команда управления или принять код
символа для отображения;
• цифровой вывод микроконтроллера - 6-й контакт дисплея - линия
разрешения доступа к данным, известная, как E или Enable. Когда значение на
линии становится единицей, дисплей исполняет команду или выводит символ с
линии данных;
• цифровые выводы микроконтроллера - 11-й, 12-й, 13-й, 14-й контакт
дисплея - линии передачи данных, известные как DB4, DB5, DB6, DB7.
Какие именно контакты на плате Arduino будут выбраны, не имеет
значения, их номера задаются программно.
Сигналы, получаемые от потенциометров, подаются на свободные
аналоговые выводы микроконтроллера. При вращении вала потенциометра, на
сигнальном контакте изменяется напряжение от 5 Вольт до 0. Микроконтроллер
преобразует данное значение с помощью АЦП в дискретное значение в диапазоне
102
от 1024 до 0, и оперирует
с данным диапазоном. Поэтому, при описании
лингвистических переменных соответствующими термами удобно использовать
интервал от 0 до 1000.
Подключение
сервопривода
осуществляется
за
счет
подключения
соответствующих контактов к питанию 5В и рельсе земли. Управляющий сигнал
поступает на сервопривод по третьему контакту, соединенному с одним из ШИМвыводов микроконтроллера.
Модель установки регулирования напряжения под нагрузкой, реализуемой
на базе микроконтроллера Arduino представлена на рисунке 4.12.
Рисунок 4.12 - Модель системы управления устройством РПН в среде PROTEUS
Программирование микроконтроллера осуществлялось при помощи языка
Wiring, основанном на языке Си, в среде разработки Processing. Отрывок кода,
иллюстрирующий
пример
задания
лингвистической
характеризующих ее термов, представлен на рисунке 4.13.
переменной
и
103
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
<FuzzyRule.h>
<FuzzyComposition.h>
<Fuzzy.h>
<FuzzyRuleConsequent.h>
<FuzzyOutput.h>
<FuzzyInput.h>
<FuzzyIO.h>
<FuzzySet.h>
<FuzzyRuleAntecedent.h>
// Шаг 1 - Инициализация объекта библиотеки
Fuzzy* fuzzy = new Fuzzy();
void setup(){
Serial.begin(9600);
// Шаг 2. Создание переменной Распределение нагрузки вдоль линии
FuzzyInput* RL = new FuzzyInput(1);
// Задание термов для переменной Распределение нагрузки вдоль линии
FuzzySet* beginning = new FuzzySet(250, 250, 0, 0); // в начале
RL ->addFuzzySet(beginning);
FuzzySet* spread = new FuzzySet(250, 500, 750); // рассредоточена
RL ->addFuzzySet(spread);
FuzzySet* end = new FuzzySet(0, 0, 500, 750); // в конце
RL ->addFuzzySet(end);
fuzzy->addFuzzyInput(RL);
Рисунок 4.13 – Задание нечетких множеств на языке программирования Wiring
Разработанная
напряжения
компьютерная
позволила
произвести
модель
системы
отладочную
управления
работу
по
режимом
созданному
программному коду, проверить правильность электрических соединений в
силовых цепях, а также оценить способность микроконтроллера выполнять фаззилогические преобразования входных значений.
Выбранная аппаратная и программная реализация созданного алгоритма
регулирования режима напряжения позволила в реальном режиме времени
выполнять задачу по выявлению определяющего присоединения, поддержанию
напряжения
на
заданном
уровне
за
счет
управления
коэффициентом
трансформации автотрансформатора, также осуществлять индикацию и вывод
соответствующей информации на дисплей установки.
104
4.6 Экспериментальный комплекс регулирования напряжения под
нагрузкой
Создание компьютерной модели позволило определиться с необходимой
материальной базой для создания физической модели.
Питание 220В переменного тока поступает на клеммную сборку XT1, далее
в фазном проводнике установлен автоматический выключатель номиналом 3А,
предназначенный для защиты установки от токов короткого замыкания. Ключ
управления SA1, предназначен для подачи напряжения на автотрансформатор Т1,
тем самым запитывая силовую часть установки. Параллельно цепи питания
автотрансформатора
Т1
подключен
роазъем
XS1,
предназначенный
для
подключения блока питания UG2. Импульсный блок питания, подключенный к
XS1, осуществляет питание микроконтроллера UG1 постоянным током при
напряжении 7,5В. Индикаторная лампа HL1 предназначена для сигнализации о
наличии
напряжения
на
вводе
в
установку,
индикаторная
лампа
HL2
предназначена для сигнализации о наличии напряжения на автотрансформаторе
Т1.
В
цепи
вторичной
обмотки
автотрансформатора
Т1
установлен
автоматический выключатель номиналом 1А, предназначенный для защиты
цепей, подключенных к выходу автотрансформатора Т1, от тока короткого
замыкания. Подключение нагрузки осуществляется к клеммной сборке XT2.
Сервопривод MD1 установлен непосредственно на вращающемся валу
автотрансформатора Т1 и имеет жесткую механическую связь с ним. Для
управления сервоприводом MD1 используется 3-й вывод микроконтроллера UG1,
способный оперировать в ШИМ-режиме.
В виду того, что на плате Arduino установлен маломощный стабилизатор
напряжения, не рассчитанный на потребление большого тока, подключение
мощных сервоприводов может вызвать значительную просадку напряжения,
следствием чего может стать отключение микроконтроллера. Во избежание этого,
при использовании мощных сервоприводов рекомендуется подавать питание на
сервопривод
отдельно,
либо
запитать
плату
микроконтроллера
через
105
специализированный
блок
питания.
При
реализации
экспериментальной
установки для питания микроконтроллера и его периферии использовался
стабилизированный импульсный блок питания с регулируемым выходным
напряжением, которое было установлено на уровне 7,5В.
Согласно описанному в главе 4.5 способу выполняется подключение экрана
индикации LCD1 к микроконтроллеру UG1.
В качестве органов управления были использованы переменные резисторы
на 1кОм, которые моделировали входной сигнал микроконтроллера об изменении
соответствующего
лингвистического
параметра
по
присоединению.
Использование ручного задания переменных необходимо для первоначальной
настройки алгоритма работы системы управления и оценки адекватности
составленной базы правил.
Принципиальная схема лабораторного макета представлена на рисунке 4.14.
Рисунок 4.14 - Принципиальная схема лабораторного макета устройства РПН
106
Элементная база физической модели представлена в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Элементная база физической модели
Оборудование
Микроконтроллер Arduino Uno R3 на базе
микропроцессора ATMega328
Блок питания импульсный с регулируемым
стабилизированным выходным напряжением 3,2 12В; 1000мА.
Автотрансформатор лабораторный встраиваемый
типа HSG260/1; 260ВА, 1А.
Сервопривод 5В, 400мА, 17кг/см.
Количество
1 шт.
XT1
Ж/К экран на 8 символов, одностроковый, 5В
Автоматический выключатель 3А,
характеристика «С».
Автоматический выключатель 1А,
характеристика «С».
Лампа сигнальная светодиодная, 220В
Резистор переменный встраиваемый 1кОм, 16K1B1K, L20KC.
Клеммник наборный, 3 клеммы.
XT2
Клеммник наборный, 4 клеммы.
1 шт.
XS1
Розетка для открытого монтажа, 10А.
1 шт.
SA1
Переключатель кулачковый. 4G АПАТОР, 4G10.
1 шт.
Обозначение
UG1
UG2
T1
MD1
LCD1
SF1
SF2
HL1, HL2
R1-R4
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
4 шт.
1 шт.
В качестве нагрузки использовались цифровые потенциометры, которые
представляют собой переменный резистор, положение щётки которого можно
задавать
программно
при
помощи
микроконтроллера.
Подключение
осуществлялось через балластное сопротивление, в виду ограниченной мощности
потенциометров. На управляющие контакты подавались цифровые сигналы со
свободных выходов микроконтроллера в соответствие с графиком изменения
нагрузки, характеризующих то, или иное присоединение.
107
Измеренное напряжение на нагрузке через делитель напряжения поступает
на аналоговые входы микроконтроллера, где преобразуется в цифровое значение
для дальнейшей обработки.
Изображение экспериментальной установки регулирования напряжения
представлено на рисунке 4.15.
Рисунок 4.15 – Физическая модель устройства регулирования напряжения под
нагрузкой
108
4.7 Устройство управления электрической нагрузкой
На основании экспериментальных исследований было создано устройство
управления электрической нагрузкой, которое защищено патентом Российской
Федерации № №2416855 [70]. Технический результат предлагаемого устройства
заключается в приближении уровня напряжения на сборных шинах подстанции
промышленных предприятий к рациональному уровню путем группового
автоматического
регулирования
коэффициента
трансформации
силового
трансформатора на основе данных о параметрах и электропотреблении
определяющего
присоединения,
при
котором
потери
электроэнергии
в
распределительной сети и отдельных электроустановках приближаются к
минимально возможным. [11]
Технический результат изобретения достигается тем, что в устройстве
автоматического воздействия на электрические сети при помощи трансформатора
со
ступенчатым
регулирования
регулированием
под
трансформатор
напряжения,
быстродействующий
изобретению,
нагрузкой
напряжения,
(РПН),
сборные
шины,
измерительные
автоматический
включенный
содержащем
в
регулятор
состав
устройство
измерительный
трансформаторы
(БАР),
устройства
также,
тока,
согласно
аналого-цифровой
преобразователь (АЦП), блок задания постоянных параметров нагрузки и
присоединений, модуль памяти, блок фаззификации, блок нечеткого логического
вывода, блок хранения базы правил, блок дефаззификации и переключатель,
вычисляется
определяющее
быстродействующий
присоединение,
автоматический
регулятор
по
БАР
параметрам
в
которого,
соответствии
со
встроенным алгоритмом принимает решение о необходимости формирования
команд «ПОВЫШЕНИЕ» или «ПОНИЖЕНИЕ», воздействующих на РПН
с
учетом значений параметров выбранного режима работы и состояние самого
устройства РПН.
109
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, представленными на
рисунке 4.16, где показана структура устройства. На рисунке 4.16: 1 – блок
аналогово-цифровых преобразователей; 2 – блок фаззификации; 3 – модуль
памяти контроллера системы управления; 4 – блок нечеткого вывода; 5 – блок
хранения базы правил; 6 – блок дефаззификации; 7 – переключатель; 8 –
быстродействующий
трансформатор
с
автоматический
регулированием
регулятор;
напряжения
9
–блок
под
РПН;
10
–
нагрузкой;
11
–
присоединенные линии Л1-Лn; 12 – измерительные трансформаторы тока ТТ1ТТn; 13 – измерительный трансформатор напряжения ТН; 14 – блок задания
постоянных параметров нагрузки и присоединений; 15 - контроллер системы
управления (КСУ); U1– измеренное напряжение присоединенных линий; I1-In измеренный ток присоединенных линий; Nл – номер линии.
110
Рисунок 4.16 - Устройство управления электрической нагрузкой с применением
fuzzy-логики
К блоку аналогово-цифровых преобразователей контроллера системы
управления 1 подключены вторичные обмотки измерительныйх трансформаторов
тока и напряжения 12 и 13. Выходные сигналы с блока аналогово-цифровых
преобразователей контроллера системы управления 1 поступают на вход блока
фаззификации 2 и переключатель 7. Сигнал с блока задания постоянных
параметров нагрузки и присоединений 14 поступает в модуль памяти контроллера
системы управления 3. Сигналы с модуля памяти контроллера системы
111
управления 3 синхронизировано с выходными сигналами блока аналоговоцифровых преобразователей 1 поступают на вход блока фаззификации 2.
Выходные сигналы блока фаззификации 2, также сигналы с блока хранения базы
правил 5 синхронизировано поступают на входы блока нечеткого вывода 4.
Выходной сигнал с блока нечеткого вывода 4 поступают на вход блока
дефаззификации 6. Выходной сигнал с блока дефаззификации 6 поступает на вход
переключателя 7. Выходной сигнал с переключателя 7 и сигнал с измерительного
трансформатора напряжения 13 поступает на вход быстродействующего
автоматического регулятора 8. Выходной сигнал с быстродействующего
автоматического регулятора 8 поступает на вход блока РПН 9. К блоку РПН 9
подключен трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой 10.
Система
автоматического
управления
устройством
РПН
силового
трансформатора реализуется на базе специализированного программируемого
контроллера и БАР и функционирует следующим образом.
Действующие значения межфазного напряжения и фазных токов во
вторичных цепях измерительных трансформаторов ТТ и ТН 11 и 12 i-ой линии
поступают на входы аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 1 контроллера
системы управления (КСУ), где преобразуются в цифровые сигналы.
Для эффективного группового регулирования на уровне электроподстанции
необходимо выбрать определяющее напряжение в системе присоединение с
учетом всех возможных влияющих на режим напряжения параметров. В
заявляемом
устройстве
выбор
данного
присоединения
осуществляется
с
применением специализированных методов анализа - методов теории нечеткой
логики, в виду вероятностного характера параметров, описывающих состояние
нагрузки и питающих линий.
Сигналы Si, Li, R(L)i, P(L)i, Ki, Ci из модуля памяти 3 контроллера системы
управления, а также циклически считываемые данные о параметрах режима Ui и
Ii в контролируемых линиях с блока АЦП 1 поступают в на вход блока
фазификации 2, в котором определяются значения функций принадлежности
соответсвующих параметров, причем мощность S=Ui*Ii.
112
Сигналы (Li); (S); (Ui(P)); (Ri(L), (Ki); (Ci) поступают на входы
блока нечеткого вывода 4, который в соответствии с базой правил, заложенной в
блоке хранения базы правил
5, и результатом работы нечеткого алгоритма
заложенного в данный блок, производит выбор линии Nл, определяющей режим
напряжения.
Для
нахождения
функций
принадлежности
i-го
присоединения
v(Si,Li,Pi(U),Ri(L), K,C), характеризующих v-тое правило нечеткого условного
логического вывода, используется правило Мамдани:
v(Si,Li,Pi(U),Ri(L),K,C)=min{(Li),(S),(Pi(U)),(Ri(L)),(Ki),(Ci)}
Результирующая
функция
принадлежности
присоединения
рез.i(Si;Li;Pi(U),Ri(L),Ki,Ci), которая характеризует всю совокупность v-тых
правил для i-го присоединения, соединенных между собой союзом ИЛИ,
определяется как максимум среди всех функций принадлежности:
рез.i(Si,Li,Pi(U),Ri(L),K,C)=max{v(Si,Li,Pi(U),Ri(L),K,C)}.
Каждому i-му присоединению (Пi) в соответствии с определенным
логическим
правилом
присваивается
степень
тяжести
режима
(Тi).
По
максимальной из определенных результирующих степеней принадлежности 
Попр(Si,Li,Pi(U),Ri(L)) выбирается присоединение, которое определяет режим
напряжения в распределительной сети (Nл=Попр):
Попр (Si,Li,Pi(U),Ri(L),K,C)=max{рез.i(Si,Li,Pi(U),Ri(L),K,C)}.
Значение Nл, подается на вход переключателя 7, причем на его входы также
подаются выходные сигналы с АЦП 1. Переключатель формирует выходной
сигнал, который поступает на один из входов БАР 8.
На входы быстродействующего автоматического регулятора 8 помимо
сигнала с переключателя 7, также поступает значение напряжения со вторичной
обмотки измерительного трансформатора напряжения 13, который в соответствии
со встроенным алгоритмом принимает решение о необходимости формирования
команд «ПОВЫШЕНИЕ» или «ПОНИЖЕНИЕ», воздействующих на РПН 9 с
113
учетом значений уставок выбранного режима работы, состояния управляющих
сигналов на дискретном входе и состояние самого устройства РПН.
Таким образом, разработанная структура, алгоритмическое обеспечение и
аппаратная реализация микропроцессорного устройства БАР РПН с применением
контроллера, способного реализовать математический аппарат нечеткой логики,
осуществляет автоматический выбор определяющей линии в реальном режиме
времени, с учетом категорийности энергообъекта по ущербу от отклонения
напряжения, разнородности и разновременности нагрузки, ее распределение
вдоль питающей линии, и позволяет реализовать рациональный закон управления
режимом напряжения, также поддерживать данный рациональный режим
напряжения, удовлетворяющий требованиям ГОСТ Р 54149-2010 [69].
114
4.8 Устройство динамического управления электрической нагрузкой с
применением нечеткой логики
Описанное
выше
устройство
управления
режимом
напряжения
в
электрической сети с применением fuzzy-логики было принято за прототип при
разработке устройства динамического регулирования напряжения, которое
защищено Патентом Российской Федерации №2467447 [71].
Недостатком
прототипа
является
недостаточное
быстродействие
управления режимом напряжения при наличии динамических линейных и
нелинейных нагрузок.
Технический
результат
устройства
динамического
управления
электрической нагрузкой с применением нечеткой логики заключается в
увеличении
быстродействия
приближения
уровня
напряжения
сети
к
рациональному путем группового автоматического динамического регулирования
коэффициента трансформации силового трансформатора на основе данных о
параметрах и электропотреблении определяющего присоединения, минимизации
уровня искажения напряжения, потерь электрической энергии.
Технический результат изобретения достигается тем, что устройство
динамического управления режимом напряжения в электрической сети с
применением
fuzzy-логики,
нагрузкой,
сборные
регулятор,
причем
шины,
выход
содержащее
устройство
измерительный
регулятора
регулирования
трансформатор
соединен
с
входом
под
напряжения,
устройства
регулирования под нагрузкой, выход устройства регулирования под нагрузкой
соединен с первичной обмоткой силового трансформатора, к сборным шинам
подключен измерительный трансформатор напряжения, причем вторичная
обмотка измерительного трансформатора напряжения соединена с входом
регулятора, аналого-цифровой преобразователь, блок задания постоянных
параметров нагрузки и присоединений, модуль памяти, блок фаззификации, блок
нечеткого логического вывода, блок хранения базы правил, блок дефаззификации
и переключатель, измерительные трансформаторы тока, причем измерительные
115
трансформаторы тока подключены к присоединенным сборным шинам, входы
аналого-цифрового преобразователя соединены со вторичными обмотками
измерительных трансформаторов тока и напряжения, входы блока фаззификации
связаны с выходами аналого-цифрового преобразователя и выходом модуля
памяти, вход модуля памяти соединен с блоком задания постоянных параметров
нагрузки и присоединений, входы блока нечеткого вывода соединены с выходами
блока фаззификации и выходами блока хранения базы правил, выход блока
нечеткого
вывода
соединен
с
входом
блока
дефаззификации,
входы
переключателя соединены с выходом блока дефаззификации и выходами аналогоцифрового
преобразователя,
быстродействующего
снабжено
выход
переключателя
автоматического
тиристорным
управляемым
регулятора,
соединен
согласно
выпрямителем,
с
входом
изобретению,
первым
и
вторым
накопительными конденсаторами, управляемым инвертором, вольтодобавочным
трансформатором, фильтром высших гармонических составляющих напряжения,
защитным устройством, байпасным выключателем, первым, вторым, третьим и
четвертым
выключателями,
при
этом
вторичная
обмотка
силового
трансформатора соединена с входом тиристорного управляемого выпрямителя, к
выходу которого подключены первый и второй накопительные конденсаторы,
которые подключены к входу управляемого инвертора, выход которого соединен
с первичной обмоткой вольтодобавочного трансформатора, начало первичной
обмотки которого подключено к выходу первого выключателя и входу фильтра
высших гармонических составляющих напряжения, а ее конец - ко входу второго
выключателя
и
выходу
фильтра
высших
гармонических
составляющих
напряжения, при этом вход фильтра высших гармонических составляющих
напряжения подключен к входу защитного устройства, а выход фильтра – к
выходу защитного устройства, при этом вход первого выключателя соединен с
входом байпасного выключателя и выходом третьего выключателя, а выход
второго выключателя соединен с выходом байпасного выключателя и входом
четвертого выключателя, выход которого соединен со сборными шинами, вход
третьего выключателя соединен с питающей сетью.
116
Устройство поясняется чертежом, представленным на рисунке 4.17, где
показана структура устройства. На рисунке 4.17: 1 - блок аналогово-цифровых
преобразователей; 2 - блок фаззификации; 3 - модуль памяти контроллера
системы управления; 4 - блок нечеткого вывода; 5 - блок хранения базы правил; 6
–
блок
дефаззификации;
7
-
переключатель;
8
-
быстродействующий
автоматический регулятор; 9 - блок регулирования напряжения под нагрузкой; 10
– силовой трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой; 11 присоединенные линии Л1-Лn; 12 - измерительные трансформаторы тока TT1TTn; 13 - измерительный трансформатор напряжения ТН; 14 - блок задания
постоянных параметров нагрузки и присоединений; 15 - контроллер системы
управления;
16
накопительные
–
тиристорный
конденсаторы;
вольтодобавочный
управляемый
19
трансформатор;
–
21
выпрямитель;
управляемый
–
фильтр
17,
инвертор;
высших
18
20
–
–
гармонических
составляющих напряжения; 22 – защитное устройство; 23 – байпасный
выключатель; 24 – первый выключатель; 25 – второй выключатель; 26 – третий
выключатель; 27 – четвертый выключатель; 28 – сборные шины; 29 – питающая
сеть; U1 - измеренное напряжение присоединенных линий; I1-In - измеренный ток
присоединенных линий; Nл - номер линии.
117
Рисунок 4.17 - Устройство динамического управления электрической нагрузкой с
применением fuzzy-логики
К питающей сети 29 подключен силовой трансформатор 10 с устройством
регулирования напряжения под нагрузкой на первичной обмотке, ко вторичной
обмотке силового трансформатора 10 подключен тиристорный управляемый
выпрямитель 16, к которому подключены конденсаторы 17, 18, соединенные с
управляемым инвертором 19, который подключен ко вторичной обмотке
вольтодобавочного
вольтодобавочного
трансформатора
трансформатора
20.
20
Начало
подключено
первичной
к
выходу
обмотки
первого
выключателя 24 и входу фильтра высших гармонических составляющих
напряжения 21, а ее конец - ко входу второго выключателя 25 и выходу фильтра
высших гармонических составляющих напряжения 21, вход фильтра высших
гармонических составляющих напряжения 21 подключен к входу защитного
устройства 22, а выход фильтра 21 – к выходу защитного устройства 22, вход
первого выключателя 24 соединен с входом байпасного выключателя 23 и
выходом третьего выключателя 26, выход второго выключателя 25 соединен с
118
выходом байпасного выключателя 23 и входом четвертого выключателя 27, выход
которого соединен со сборными шинами 28, вход третьего выключателя 26
соединен с питающей сетью 29. К блоку аналогово-цифровых преобразователей 1
контроллера
15
системы
управления
подключены
вторичные
обмотки
измерительных трансформаторов тока и напряжения 12 и 13. Выходные сигналы с
блока
аналогово-цифровых преобразователей
1
контроллера
15
системы
управления поступают на вход блока фаззификации 2 и переключатель 7. Сигнал
с блока задания постоянных параметров нагрузки и присоединений 14 поступает в
модуль 3 памяти контроллера системы управления 15. Сигналы с модуля 3 памяти
контроллера 15 системы управления синхронизировано с выходными сигналами
блока аналогово-цифровых преобразователей 1 поступают на вход блока
фаззификации 2. Выходные сигналы блока фаззификации 2, также сигналы с
блока хранения базы правил 5 синхронизировано поступают на входы блока
нечеткого вывода 4. Выходной сигнал с блока нечеткого вывода 4 поступают на
вход блока дефаззификации 6. Выходной сигнал с блока дефаззификации 6
поступает на вход переключателя 7. Выходной сигнал с переключателя 7 и сигнал
с
измерительного
трансформатора
напряжения
13
поступает
на
вход
быстродействующего автоматического регулятора 8. Выходной сигнал с
быстродействующего автоматического регулятора 8 поступает на вход блока
регулирования напряжения под нагрузкой 9, выход которого подключен к
первичной обмотке силового трансформатора 10 с регулированием напряжения
под нагрузкой.
В заявляемом устройстве, более высокое быстродействие при приближении
уровня напряжения сети к рациональному, минимизации уровня искажения
напряжения и потерь электрической энергии достигается за счет динамического
компенсатора
искажения напряжения, который состоит из
управляемого
выпрямителя
16,
накопительных
тиристорного
конденсаторов 17
и 18,
управляемого инвертора 19, вольтодобавочного трансформатора 20, фильтра 21
высших гармонических составляющих напряжения, защитного устройства 22,
байпасного выключателя 23 и выключателей 24, 25, 26, 27.
119
Устройство работает следующим образом. Напряжение питающей сети 29
через силовой трансформатор 10 подается на управляемый выпрямитель 16,
конденсаторы 17, 18 и управляемый инвертор 19. Во вторичной обмотке
вольтодобавочного
трансформатора
20,
включенной
последовательно
с
нагрузкой, наводится напряжение, компенсирующее провал напряжения в
системе электроснабжения. При возникновении провала напряжения в питающей
сети остаточное напряжение прямой последовательности более чем в 90 %
случаев составляет более 50 % номинального. Таким образом, сохраняется
питание от системы электроснабжения и полностью в течение 1-2
компенсируется
провал
вольтодобавочного
напряжения
трансформатора
на
20.
нагрузке
за
Управление
счет
с
напряжения
инвертором
19
осуществляется пофазно, поэтому при несимметричных провалах напряжения
компенсация провала вольтодобавочным трансформатором 20 будет также
несимметричной, но такой, чтобы напряжение было симметричным и равным
(близким)
номинальному
в
течение
длительности
провала.
Напряжение
первичной обмотки силового трансформатора 10 регулируется с помощью
контроллера 15, порядок работы которого основан на положениях теории
нечеткой логики и изложен в прототипе.
Таким образом, совместная работа динамического компенсатора искажения
напряжения и контроллера, выявляющего определяющее присоединение на
основе положений теории нечеткой логики, позволяет предлагаемому устройству
достичь технического результата. [71]
120
4.9 Выводы к главе 4
В четвертой главе диссертационной работы рассмотрены вопросы,
касающиеся разработки и реализации устройств регулирования напряжения с
эффективной системой управления на базе фаззи-логических методов. К
основным результатам данной главы относятся:
1. Разработана
компьютерная
модель
микроконтроллера
для
оценки
целесообразности его применения и возможности решать задачи по управлению
режимом
напряжения
с
использованием
фаззи-технологий
с
учетом
предъявляемых условий по быстродействию.
2. Создана физическая модель устройства регулирования напряжения,
позволяющая решать задачи в условиях лингвистической обработки данных,
характеризующих состояние нагрузки, ее распределение вдоль питающих линий,
длины отходящих присоединений,
категорийность электроприемников
по
экономическому ущербу, регулирующие эффекты по напряжению и наличие
локальных средств регулирования напряжения.
3. Разработана методика регулирования напряжения, технический результат
при
реализации
которой
заключается
в
приближении
напряжения
к
рациональному уровню, путем автоматического регулирования коэффициента
трансформации силового трансформатора на основе данных о параметрах и
электропотреблении
определяющего
присоединения,
при
котором
потери
электроэнергии в распределительной сети и отдельных электроустановках
приближаются к минимально возможным.
На основании предложенной методики разработано устройство управления
электрической
нагрузкой.
Показано,
что
разработанная
структура,
алгоритмическое обеспечение и аппаратная реализация микропроцессорного
устройства управления РПН с применением контроллера, способного реализовать
математический аппарат нечеткой логики, осуществляет автоматический выбор
определяющей линии в реальном режиме времени, с учетом разнородности и
121
разновременности нагрузки, ее распределения вдоль питающей линии, и
позволяет реализовать рациональный закон управления режимом напряжения.
4. Разработано устройство динамического управления электрической
нагрузкой с применением нечеткой логики, технический результат которого
заключается в увеличении быстродействия приближения уровня напряжения сети
к
рациональному
путем
группового
автоматического
динамического
регулирования коэффициента трансформации силового трансформатора на основе
данных о параметрах и электропотреблении определяющего присоединения,
минимизации уровня искажения напряжения, потерь электрической энергии.
Показано, что совместная работа динамического компенсатора искажения
напряжения и контроллера, выявляющего определяющее присоединение на
основе положений теории нечеткой логики, позволяет предлагаемому устройству
достичь технического результата.
122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации содержится решение актуальной научно-технической задачи
по
повышению
эффективности
регулирования
группового
регулирования
напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий.
Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Разработан метод группового регулирования напряжения, позволяющий
на
основании
теоретических
положений
нечеткой
логики
определить
рациональный уровень напряжения в системе электроснабжения, в условиях
стохастического
изменения
параметров,
характеризующих
состояние
электротехнического комплекса в произвольный момент времени.
2. Сформированы
лингвистические
переменные,
характеризующие
отходящие присоединения в системе электроснабжения, заданы наборы термов,
определены
функции
принадлежности,
разработана
процедура
нечеткого
логического вывода и задана структура базы правил, характеризующая отношения
лингвистических
переменных
по
каждому
присоединению
к
выходной
переменной.
3. Обоснована структура комплекса технических средств, позволяющего
производить автоматический выбор определяющего присоединения
при
групповом регулировании напряжения в режиме реального времени в условиях
ограниченного объема средств сбора и передачи данных.
4. Разработано алгоритмическое обеспечение устройства
регулирования
напряжения под нагрузкой, которое позволяет осуществлять управление режимом
напряжения по параметрам определяющего присоединения в реальном режиме
времени, и поддерживать значение напряжения у потребителя в пределах
нормируемых значений.
5. Разработаны
компьютерная
и
физическая
модели
устройства
регулирования напряжения, которые позволяют выполнить оценку адекватности
предложенного метода группового регулирования напряжения на основе
теоретических положений методов нечеткой логики. Применение фаззиуправления режимом напряжения в электрической сети позволяет снизить потери
123
электрической энергии на 9-11% по сравнению со встречными алгоритмами
регулирования напряжения.
6. Разработаны метод и устройство регулирования напряжения, технический
результат которых заключается в приближении напряжения к рациональному
уровню, путем автоматического регулирования коэффициента трансформации
силового трансформатора на основе данных о параметрах и электропотреблении
определяющего присоединения.
7. Разработано
устройство
динамического
управления
электрической
нагрузкой с применением нечеткой логики, технический результат которого
заключается в увеличении быстродействия приближения уровня напряжения сети
к рациональному.
8. Предложенные технические решения по повышению эффективности
регулирования напряжения в центрах питания промышленных предприятий
приняты ООО «КИНЕФ» к применению при проектировании новых систем
электроснабжения, а также при модернизации и реконструкции существующих.
124
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамович,
Б.Н.
Минимизация
ущерба
при
добыче
нефти
из-за
кратковременных перерывов электроснабжения / Б.Н. Абрамович, Э.Х.
Муратбакеев, А.В. Медведев, В.В.Старостин // Промышленная энергетика. –
2009. - №7. - С. 24-28.
2. Абрамович,
Б.Н.
Моделирование
электромеханических
комплексов
с
синхронными двигателями в системе проведения математических расчетов
MatLAB, пакет Simulink / Б.Н. Абрамович, Д.А. Устинов, Ю.Л. Жуковский,
А.А. Круглый. – СПб: Изд-во Нестор, 2007. – 60 с.
3. Абрамович, Б.Н. Показатели регулирования режима напряжения в системах
электроснабжения / Б.Н. Абрамович, В.В. Полищук, А.Н. Евсеев //
Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности: сб.
статей. - Л.,1991. - С.57-60.
4. Абрамович, Б.Н.
Регулирование
электропотребления
на
предприятиях
нефтедобычи / Б.Н. Абрамович, И.А. Чернявская, А.Н. Евсеев // Реализация
энергосбережения в промышленности в условиях полного хозрасчета и
самофинансирования: сб. статей. - Л. 1990. – С. 18-22.
5. Абрамович,
Б.Н.
технологических
Абрамович,
Система
установок
В.Е.
гарантированного
минерально-сырьевого
Поляков
//
Международная
электроснабжения
комплекса
/
Б.Н.
научно-практическая
конференция «XXXVIII НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ»: сб. статей. / СПбГПУ. СПб, 2009. - С. 47-49.
6. Абрамович,
Б.Н.
Устройство
управления
режимом
напряжения
в
электрических сетях предприятий сырьевого комплекса / Б.Н. Абрамович,
Д.М. Тарасов, А.П. Шевчук // Записки Горного института. - 2012. - Том 196. С. 214-217.
7. Абрамович, Б.Н. Учет и регулирование электроэнергии с использованием
микропроцессорной техники / Б.Н. Абрамович., Ю.В Коновалов, А.С.
Логинов, В.Я. Чаронов, А.Н. Евсеев // Электрические станции. – 1989. - №9. –
С.41-48.
125
8. Абрамович,
Б.Н.
Электромеханические
комплексы
с
синхронными
двигателями. Возбуждение, регулирование, устойчивость / Б.Н. Абрамович,
А.А. Круглый, Д.А. Устинов. - KG, Saarbrucken: Palmarium Academic
Publishing. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co, 2012. - 370 с.
9. Абрамович, Б.Н. Электроснабжение нефтегазовых предприятий / Б.Н.
Абрамович,
Ю.А.
Сычев,
Д.А.
Устинов
//
Санкт-Петербургский
государственный горный институт: сб. статей. – СПб, 2008. - С. 12-14.
10. Абрамович, Б.Н. Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и
переработки полезных ископаемых / Б.Н. Абрамович // Наука в СанктПетербургском горном институте (техническом университете). -1997. - №1. –
С. 14-19.
11. Абрамович,
Б.Н.
Эффективное
управление
режимом
напряжения
на
металлургических предприятиях / Б.Н. Абрамович, Д.М. Тарасов, А.П.
Шевчук // Горное оборудование и электромеханика. - 2009. - №9. - С. 47-49.
12. Алексеев, О.П. Автоматика электроэнергетических систем: учебное пособие
для вузов / О.П. Алексеев, В.Е. Казанский, В.Л. Козис и др.; под ред. В.Л.
Козиса и Н.И. Овчаренко. – М.: Энергоиздат, 1981. - 479 с.
13. Аракелов, В.Е. Комплексная оптимизация энергоустановок промышленных
предприятий / В.Е. Аракелов. -М.: Энергоатомиздат, 1984. – 276 с.
14. Астахов, Ю.Н. Статическая устойчивость управляемых ЛЭП с продольной
компенсацией / Ю.Н. Астахов, В.А. Строев, Д.Ч. Чан, Л.В. Ярных // Известия
АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1972. - №5. - С. 48-55.
15. Бакута, В.П. Повышение эффективности распределения электроэнергии в
системе электроснабжения предприятия / В.П. Бакута, М.Я. Басалыгин, B.C.
Копырин // Промышленная Энергетика. – 1999. - №9. - С.37-38.
16. Баркан, Я.Д. Автоматизация регулирования напряжения в распределительных
сетях / Я.Д. Баркан; под ред. Н.А. Мельникова - М.: Энергия, 1971. - 231 с.
17. Беляков, Ю.С. Расчетные схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой и особенности
126
расчета токов короткого замыкания с их учетом / Ю.С. Беляков. – СПб.:
ПЭИпк, 1996. – 119 с.
18. Блоки автоматического регулирования напряжения 6-10кВ на номинальные
токи 50-600А на базе автотрансформаторов: информационный буклет / ЗАО
«ЧЭМЗ». – Чебоксары: ЗАО «ЧЭМЗ», 2013. – 19 с.
19. Вагин Г.Я. К вопросу о применении на предприятиях регулирующих и
стабилизирующих устройств / Г.Я. Вагин, A.A. Севостьянов // Промышленная
энергетика. - 1998. - №1. - С.50-51.
20. Вагин, Г.Я. О необходимости более широкого применения средств местного
регулирования напряжения в промышленных электросетях / Г.Я. Вагин, В.С.
Орлов // Промышленная энергетика. – 1992. - №2. - С.32-36.
21. Веников, В.А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем: Учеб.
пособие для энерг. спец. вузов / В.А. Веников, В.Г. Журавлёв, Т А.
Филиппова; 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990. – 349 с.
22. Веников, В.А. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах /
В.А. Веников, В.И. Идельчик, М.С. Лисеев. - М.: Энергоатомиздат, 1985. –
356 с.
23. Волошкин,
М.М.
Повышение
качества
электроэнергии
и
снижение
электропотребления территориально рассредоточенных электроустановок
предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых: дис. … канд.
тех. наук: 05.09.03 / М.М. Волошкин. – СПб., 2006. – 152 с.
24. Гамазин,
С.П.
Динамические
компенсаторы
искажений
напряжений
напряжения как способ повышения эффективности работы потребителей при
нарушениях электроснабжения / С.П. Гамазин, В.М. Пупин, Ю.В. Марков //
Главный энергетик. – 2006. - №6. - С. 22-29.
25. Гамазин,
С.И.
Современные
способы
повышения
надежности
электроснабжения потребителей напряжением 10, 6 и 0,4 кВ / С. И. Гамазин,
В. М. Пупин, Р. В. Зелепугин, А. Р. Сабитов // Промышленная энергетика. –
2008. - №8. - С. 20-23.
127
26. Гамазин, С.И. Справочник по энергоснабжению и электрооборудованию
промышленных предприятий и общественных зданий./ С.И. Гамазин, Б.И.
Кудрин, С.А. Цырук. - М., Московский энергетический институт, 2010. - 748 с.
27. Гуров, А.А. Провалы напряжения в системах внутреннего электроснабжения
и их влияние на преобразователи и источники электрической энергии / А.А.
Гуров, Р.Н. Буланов, Ю.А. Сергунов. // Вторые Рдултовские чтения. - БГТУ
«Военмех», 2008. - Ч.2. - С. 61-64.
28. Железко, Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь в электрических сетях /
Ю.С. Железко, А.В. Артемьев. - М.: ЭНАС, 2002. - 276 с.
29. Жмак, Е.И. Обоснование принципа нечёткого регулирования напряжения с
помощью
РПН
трансформаторов
/
Е.И.
Жмак,
В.З.
Манусов
//
Электроэнергетика: сб. науч. тр. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - С. 3242.
30. Жмак, Е.И. Регулирование напряжения в электротехнических системах на
основе нечеткой логики: дис. ...канд. тех. наук: 05.14.02 / Е.И. Жмак. Новосибирск, 2004. – 120 с.
31. Заде, JI. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию
приближённых решений / Л. Заде. Пер. с англ. Н.И. Ринго. Под ред. H.H.
Моисеева и С.А. Орловского. - М.: Мир, 1976. - 165 с.
32. Ивакин, В.Н.
Исследование
характеристик
управляемой
продольной
компенсации как устройства для регулирования потоков мощности гибких
линий электропередачи переменного тока / В.Н. Ивакин // Электротехника. 2003. - №6. - С. 56-63.
33. Ивакин, В.Н. Электропередачи и вставки постоянного тока и статические
тиристорные компенсаторы / В.Н.Ивакин, Н.Г.Сысоева, В.В.Худяков. - М.:
Энергоатомиздат, 1993. - 335 c.
34. Иванов, О.В. Методика расчета распределительных сетей горных предприятий
с компенсирующими устройствами / О.В. Иванов, Е.М. Проскуряков, Л.Н.
Смирнова // Записки ЛГИ. – 1979. - Т. 34. - С.33-38.
128
35. Идельчик, В.И. Расчеты и оптимизация режимов электрических сетей и
систем / В.И. Идельчик. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 236 с.
36. Идельчик, В.И. Расчеты установившихся режимов электрических систем /
В.И. Идельчик; под ред. В.А. Веникова. - М.: Энергия, 1977. - 192 с.
37. Карташёв, И.И. Провалы напряжения. Реальность прогнозов и схемные
решения защиты / И.И. Карташёв // Новости электротехники. – 2004. – № 5. С. 16-20.
38. Кочкин, В.И. Линии электропередачи с параллельной и последовательной
компенсацией
реактивной
мощности
/
В.И.
Кочкин,
М.В.
Пешков,
Д.В. Романенко, А.П, Щербаков // Вестник ВНИИЭ. - 2004.- С. 173 – 184.
39. Кочкин, В.И. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в
электрических сетях энергосистем и предприятий / В.И. Кочкин, О.П. Нечаев.
- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 248 с.
40. Круглов, В.В. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети: учебное
пособие / В.В. Круглов, М.И. Дли, Р.Ю. Голунов. - М.: Издательство Физикоматематической литературы, 2001. – 224 с.
41. Лохов,
С.П.
Возможности
оптимизации
энергетических
режимов
трехпроводных сетей с помощью компенсаторов/ С.П. Лохов // Электрика. –
2005. - №2. - С.38-43.
42. Манусов, В.З. Сравнение алгоритмов регулирования, основанных на четкой
логике и нечеткой логике на примере работы электротехнической установки /
В.З. Манусов, A.B. Мятеж // Энергетика: экология, надежность, безопасность.
Материалы докладов XIII Всероссийской научно-технической конференции. –
Томск: Изд-во ТПУ, 2007. - С.47-50.
43. Маслов,
A.A.
Статические
компенсирующие
устройства
для
промышленных предприятий / A.A. Маслов, О.П. Нечаев, М.О. Польский,
А.И. Федотов // Электрические станции. – 2000. - №3. - С.47-52.
44. Меньшов, Б.Г. Электрооборудование нефтяной промышленности / Б.Г.
Меньшов, И.И. Суд, А.Д. Яризов. – М.: Недра, 1990. – 321с.
129
45. Мятеж А.В. Регулирование напряжения в системах электроснабжения с
использованием нечеткой логики: дис. ...канд. тех. наук: 05.14.02/ А.В. Мятеж.
- Новосибирск, 2008. - 223с.
46. Полищук, В.В. Управление энергетическими потоками на предприятиях
горной промышленности / В.В. Полищук, Д.М. Тарасов // Машиностроение и
автоматизация производства: межвуз.сб. / СПБ.:СЗПИ, 1999. – С.41-44.
47. Поляков, В.Е. Система гарантированного электроснабжения энергетических
объектов сырьевого комплекса / В.Е. Поляков // IX Международная
конференция «Новые идеи в науках о земле»: сб. статей. / РГГРУ. – М., 2009. С. 248.
48. Праховник, А.В.
Энергосберегающие
режимы
электроснабжения
горнодобывающих предприятий / А.В. Праховник А.В., В.П. Розен, В.В.
Дегтярев. -М.: Недра, 1985. – 131с.
49. Пупков, К.А. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления
/ К.А. Пупков; под ред. Н.Д. Егупова; издание 2-ое, стереотипное. - М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 744 с.
50. Сергеенко, Б.Н. Электрические машины: Трансформаторы. / Б.Н. Сергеенко,
В.М. Киселев, Н.А. Акимова. - М.: Высшая школа, 1989. - 352 с.
51. Сычев, Ю.А. Системы коррекции кривых тока и напряжения / Ю.А. Сычев //
Записки Горного института. - 2006. - Т. 1(167). - С. 190-194.
52. Тарасов,
Д.М.
Управление
режимом
напряжения
территориально
рассредоточенных электроприемников горных предприятий: дис. … канд. тех.
наук: 05.09.03 / Д.М. Тарасов. – СПб., 2003. – 117 с.
53. Терехов, В.М. Алгоритмы фаззи-регуляторов в электротехнических системах /
В.М. Терехов // Электричество. – 2000. - №12. – С. 55-63.
54. Туманов, И.М. Тиристорные и тиристорно-контактные переключающие
устройства для силовых трансформаторов с регулированием напряжения под
нагрузкой / И.М. Туманов, C.B. Симанов // Промышленная энергетика. - 1982.
- №7. – С.58-62.
130
55. Тэрано, Т. Прикладные нечеткие системы / Т. Тэрано, А. Асаи, М. Сугэно. М.: Мир, 1993. – 368 с.
56. Файбисович, Д.Л., Справочник по проектированию электрических сетей / Д.Л.
Файбисович, И.Г. Карапетян, И.М. Шапиро. – М.: НЦ ЭНАС, 2006. - 352 с.
57. Хачатурян, В.А. Управление электроснабжением нефтеперерабатывающих
предприятий
в
условиях
массового
применения
регулируемого
электропривода / СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001. - 64 с.
58. Хохлов,
Ю.И.
Энергосбережение
в
системах с
полупроводниковыми
регуляторами напряжения на основе применения компенсирующих устройств
/ Ю.И. Хохлов // Преображенский Вестник ЮУрГТУ . – 2003. - №3. - С.3-8.
59. Шевчук, А.П. Применение теорий нечеткой логики при компенсации высших
гармоник активным фильтром / А.П. Шевчук // Записки Горного института. 2009. - Том 182. - С. 137-140.
60. Шклярский А.Я.
Повышение
распределительных
качества
сетях
электроэнергии в промысловых
предприятий
нефтедобычи:
дис. ...канд. тех. наук: 05.09.03/ А.Я. Шклярский. - СПб., 2013. - 132с.
61. Штовба, С.Д. Влияние методов дефазификации на скорость настройки
нечеткой модели / С.Д. Штовба, А.П. Ротштейн // Кибернетика и системный
анализ. - 2002. - №1.
62. Штовба, С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB / С.Д.
Штовба. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2007. – 370 с.
63. Bollen, H.J. Understanding power quality problems: Voltage Sags and Interruptions
// The Inslitue of Electrical and Electronics Engineers. - New York. - p. 15.
64. Cañizares, C.A. STATCOM Modeling for Voltage and Angle Stability Studies /
С.А. Cañizares, М. Pozzi , S. Corsi , E. Uzunovic // International Journal of
Electrical Power and Energy Systems. – 2003. - № 6. - С. 431-441.
65. General Basic Information Regarding Surge Overvoltages and Surge Protection.
Draft Technical Report. – IEC. - February 1996. – 77 p.
131
66. Kasztenny, В. Fuzzy logic controller for on-load transformer tap changer / В.
Kasztenny, Е. Rosolowski, J. Izykowski, M.M. Saha, B. Hillstrom // IEEE
Transactions on Power Delivery. – 1998. - Volume 13. – С. 164-170.
67. Ruey-Hsun Liang. Fuzzy-based reactive power and voltage control in a distribution
system / Ruey-Hsun Liang, Yung-Shuen Wang // IEEE Transactions on Power
Delivery. – 2013. - Volume 18. – С. 610-618.
68. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств
электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения общего назначения. – М.: Стандартинформ, 2006. – 32 с.
69. ГОСТ Р 54149-2010 Электрическая энергия. Совместимость технических
средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения общего назначения. – М.: Стандартинформ, 2012. – 20 с.
70. Пат. 2416855 Российская Федерация, МПК H02J3/12(2006.01) Устройство
управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzyлогики / Абрамович Б.Н., Тарасов Д.М., Шевчук А.П.; заявитель и
патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
горный
институт
им.
Г.В.
«Санкт-Петербургский государственный
Плеханова (технический
университет)»
-
№2010114672/07; заявл. 13.04. 11; опубл. 20.04.11, - 6 с.: ил.
71. Пат. 2467447 Российская Федерация, МПК H02J3/12(2006.01) Устройство
динамического управления режимом напряжения в электрической сети с
применением fuzzy-логики / Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Устинов Д.А.,
Шевчук А.П.; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное
бюджетное
образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования «Санкт-Петербургский государственный горный университет» № 2011141241/07; заявл. 11.10.11; опубл. 20.11.12, - 6 с.: ил.
132
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Таблица А.1 – Пример базы правил
S
VL
VL
VL
VL
VL
VL
L
L
VL
L
L
VL
L
L
VL
VL
VL
VL
L
VL
VL
VL
VL
VL
L
VL
L
L
VL
L
L
VL
L
VL
VL
VL
VL
Режим ОТ
R(L)
P(U)
E
L
E
L
E
AV
SP
L
B
L
E
L
E
L
E
L
SP
L
SP
L
SP
L
B
L
B
L
B
L
B
L
SP
L
SP
AV
B
AV
K
L
AV
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
AV
AV
L
L
C
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
133
Таблица А.2 – Пример базы правил
S
VS
VS
VS
VS
VS
VS
VS
S
VS
S
VS
S
VS
S
VS
S
VS
S
L
VS
VS
VS
VS
VS
VS
S
VS
S
VS
S
VS
S
VS
S
VS
S
VS
Режим ОЛ
R(L)
P(U)
B
S
B
S
B
S
B
AV
SP
S
E
S
B
S
B
S
B
S
B
S
B
AV
B
AV
SP
S
SP
S
B
AV
B
AV
SP
S
SP
S
K
S
S
AV
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
C
F
S
F
F
F
F
F
F
S
S
F
F
F
F
S
S
S
S
Рисунок Б.1 - Поопорная схема расположения линий электропередач и оборудования
134
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Рисунок Б.2 - Схема принципиальная однолинейная подстанции ПС35/6кВ
135
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа