Электромагнитная совместимость в цеховых системах электроснабжения при наличии электроприемников с нелинейными вольт-амперными характеристиками

Введение ……………………………………………………………………. 4
Глава 1. Анализ проблемы электромагнитной совместимости в цеховых
системах электроснабжения с электроприемниками с нелинейными вольт-
амперными характеристиками ………………………………………………… 10
1.1. Анализ объекта исследования как источника высших гармоник
тока и напряжения…………………………………………………………… 10
1.2. Электромагнитная совместимость в цеховых системах
электроснабжения и качество электроэнергии ……………………………. 14
1.3. Методы и средства решения проблем, связанных с
возникновением высших гармонических составляющих токов и
напряжений …………………………………………………………………… 19
Глава 2. Оценка гармонического состава токов и напряжений в цеховых
системах электроснабжения с частотным крановым электроприводом…… 27
2.1. Экспериментальная оценка основных показателей качества
электроэнергии в цеховых системах электроснабжения…………………….. 27
2.2. Разработка имитационной модели цеховой системы
электроснабжения в пакете Matlab…………………………………………… 36
2.3. Сравнительный анализ основных показателей электромагнитной
совместимости крановых электроприводов с цеховой системой
электроснабжения…………………………………………………………… 57
Глава 3. Разработка системы управления активным
фильтром………………………………………………………………………. 63
3.1. Обоснование и выбор системы управления активным
фильтром………………………………………………………………………. 63
3.2. Реализация системы управления активным фильтром на базе
нечеткой логики……………………………………………………………… 73
3.3. Моделирование системы управления активным фильтром на
базе нечеткой логики в среде Matlab Simulink……………………………… 84
Глава 4. Расчет и моделирование режимов работы цеховой системы 93
электроснабжения с активного фильтра гармоник…………………………
4.1. Расчет основных параметров активного фильтра гармоник……… 93
4.2. Моделирование цеховой системы электроснабжения с
электроприемниками с нелинейными вольт-амперными
характеристиками……………………………………………………………. 97
4.3. Разработка алгоритма работы СУ АФГ на базе нечеткой логики
для реального фильтра……………………………………………………….. 115
4.4. Экономическая оценка эффективности внедрения и
использования АФГ…………………………………………………………. 128
Заключение .………………………………………………………………… 131
Список литературы ……………………………………………………… 132
Приложения ……………………………………………………………… 143
Приложение 1. Программа экспериментальных исследований
электромагнитной совместимости в низковольтной сети 0,4 кВ при
работе мостового однобалочного электрического крана,
грузоподъемностью 15 тонн……………………….………………………… 143
Приложение 2. Протокол №1 измерений гармонического состава
напряжения и тока, активной и реактивной потребляемой мощности на
входе преобразователя частоты VFS11-4075. Протокол №2 измерений
гармонического состава напряжения и тока, активной и реактивной
потребляемой мощности на входе преобразователя частоты VFS11-4055.
Протокол №3 измерений гармонического состава напряжения и тока,
активной и реактивной потребляемой мощности на входе
преобразователя частоты VFS11-4055…………………………………….. 148
Приложение 3. Акт внедрения результатов кандидатской
диссертационной работы…………………………………………………….. 173
Приложение 4. Исходный код программы управления фаззи-регулятором
для СУ АФГ на базе нечеткой логики……………………………………….. 175

1. Проанализированы особенности работы электроприемников с
нелинейными вольт-амперными характеристиками, на примере крановых
механизмов, как источника генерирования в цеховую систему
электроснабжения высших гармоник тока и напряжения. Выявлено, что
уровень гармоник зависит от работы крановых механизмов в динамических
режимах, которые могут составлять до 60% за 1 цикл технологических
операций крана.
2. Экспериментально, имитационно и аналитически подтверждено
наличие высших гармонических составляющих тока и напряжения в цеховой
системе электроснабжения, к которой подключены электроприемники с
нелинейной вольт-амперной характеристикой (на примере однобалочного
мостового крана). При этом уровень электромагнитной совместимости не
соответствует требованию стандарта.
3. Обосновано применение АФГ для компенсации высших
гармонических составляющих тока и напряжения в цеховой системе
электроснабжения с подключением электроприемников с нелинейными
вольт-амперными характеристиками как технического решения, для
обеспечения нормируемого уровня ЭМС.
4. Разработана и программно реализована методика построения системы
управления АФГ на базе нечеткого вывода. При этом, определены входные и
выходная лингвистические переменные, сформирована база правил на
основании математической статистки и экспертных оценок. Применение
АФГ с системой управления на базе нечеткой логики позволяет в полной
мере эффективно решить проблему ЭМС в цеховой системе
электроснабжения, к которой подключены электроприемники с нелинейной
вольт-амперной характеристикой и придает разработанной методике
научную и практическую ценность.
5. Сформирован алгоритм для аналитического расчета функций
принадлежностей входных и выходной лингвистических переменных
нечеткого регулятора (фаззи-регулятор) в виде алгоритмов и программного
кода для контроллера в СУ АФГ.
6. Использование СУ АФГ, построенной на базе нечеткой логики
позволяет сократить число датчиков тока до одного в любой фазе системы
электроснабжения крановых механизмов, что повышает
помехозащищенность измерительной информации и одновременно снижает
стоимость установки АФГ.
7. Произведена экономическая оценка эффективности использования
АФГ с СУ, построенной на базе нечеткой логики, для обеспечения
стандартного уровня ЭМС в цеховой системе электроснабжения, к которой
подключены электроприемники с нелинейной вольт-амперной
характеристикой. Срок окупаемости при установке АФГ не превышает 1.8
года при капитальных затратах в ценах 2015 года около 500 тысяч рублей.
8. Разработанная модель АФГ, построенная на базе нечеткого вывода,
предложена для внедрения в систему электроснабжения мостового
однобалочного крана «ООО Цитробел» г. Белгорода, грузоподъемностью 15
тонн и результаты внедрения подтверждаются актом, утвержденным
главным инженером ООО «Цитробел» г. Белгород (15 июня 2015 г).
Результаты работы, также могут быть использованы в учебном процессе
энергетического института БГТУ им. В.Г. Шухова в курсах «Силовая
электроника» и «Качество электроэнергии».