Моделирование статического компенсатора реактивной мощности и мощности искажений на базе каскадного многоуровневого инвертора icon

Моделирование статического компенсатора реактивной мощности и мощности искажений на базе каскадного многоуровневого инвертора


1 чел. помогло.
Смотрите также:
Пуско-регулирующее устройство на базе статического компенсатора реактивной мощности...
Рекомендации по применению средств компенсации реактивной мощности и регулируемых...
Лекция №11 измерение мощности...
139. Гольдштейн Е. Н., Сулайманов А. О. Развитие работ профессора О. А...
139. Гольдштейн Е. Н., Сулайманов А. О. Развитие работ профессора О. А...
Опыт использования высоковольтных источников реактивной мощности ирм в электрической сети...
Правительство российской федерации постановление от 24 февраля 2010 г...
Статьи на русском...
Радикальное энергетическое совершенствование электрических машин переменного тока...
Радикальное энергетическое совершенствование электрических машин переменного тока...
Радикальное энергетическое совершенствование трансформаторов и электрических машин переменного...
Потери активной мощности в длинных линиях при согласованных...



Загрузка...
скачать


На правах рукописи


Карнавский Иван Александрович


Моделирование статического компенсатора реактивной мощности и мощности искажений на базе каскадного многоуровневого инвертора


Специальность 05.09.12 - Силовая электроника


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Нижний Новгород - 2012


Работа выполнена на кафедре "Теоретическая и общая электротехника" ФГБО УВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева».



Научный руководитель



доктор технических наук, профессор

^ Алтунин Борис Юрьевич


Официальные оппоненты:






доктор технических наук, профессор

^ Голембиовский Юрий Мичиславович


кандидат технических наук, доцент

Копелович Евгений Альбертович



Ведущая организация



Опытное конструкторское бюро

машиностроения им. И.И. Африкантова (Н. Новгород)




Защита состоится ^ 26 апреля 2012 г. В 14 часо в аудитории №1258 на заседании диссертационного совета Д 212.165.02 в Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева (603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, НГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.165.02 или по факсу (831)436-93-79.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБО УВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева». Автореферат диссертации размещен на сайте: http://www.nntu.ru/rus/aspir_doktor/avtoreferat


Автореферат разослан 22 марта 2012 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

к.т.н., доцент В.В. Соколов


^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

При развитии электроэнергетики требуются более сложные системы управления. Новые подходы построения электроэнергетических узлов получили название интеллектуальных сетей, которые позволяют эффективно управлять и повышать пропускную способность сети, а также улучшать качество электроэнергии. Концепция создания интеллектуальных сетей официально объявлена в России в 2006 году по приказу РАО «ЕЭС России» № 380 «О создании управляемых линий электропередач и оборудования для них».

Интеллектуальная сеть – это совокупность подключенных к генерирующим источникам и потребителям интеллектуальных устройств, одним из которых является активное электротехническое сетевое оборудование, способное гибко менять характеристики передачи или преобразования электроэнергии для оптимизации режимов сети по нескольким критериям: пропускная способность, уровень технологических потерь, устойчивость, перераспределение потоков мощности, качество электроэнергии и пр. Оборудование для гибких линий, позволяет повысить пропускную способность линий (по некоторым оценкам – до 20%), обеспечить устойчивую работу энергосистемы, обеспечить заданные параметры сети, что снижает потери электроэнергии до 40%. Силовые устройства гибких линий являются основными для построения интеллектуальных сетей. К таким устройствам относятся различного рода статические преобразователи в электропередачах переменного тока, устройства регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности.

В настоящее время существуют компенсаторы реактивной мощности различных топологий и принципов действия. Компенсаторы типа СТАТКОМ имеют ряд преимуществ над другими типами устройств регулирования качества электроэнергии. Они применяются для динамической стабилизации напряжения, увеличения пропускной способности в линиях электропередач, повышения устойчивости при электромеханических переходных процессах, демпфирования колебаний в энергосистеме. В России создан первый образец, установленный на подстанции «Выборгская», в тоже время за рубежом – компенсаторы СТАТКОМ имеют широкое распространение.

Одна из перспективных топологий построения СТАТКОМ – многоуровневый каскадный инвертор. Данная топология построения не широко используется при проектировании и построении компенсаторов, однако она имеет ряд преимуществ. Увеличенное выходное напряжение многоуровневого инвертора допускает его прямое подключение в сетях до 10кВ в точке компенсации без использования трансформатора. Выходное напряжение многоуровневого инвертора имеет меньше высших гармоник, благодаря чему снижены массогабаритные и ценовые показатели фильтров.

Большой вклад в решение проблем качества электроэнергии, разработки алгоритмов управления, исследования устройств и электромагнитной совместимости элементов системы электроснабжения внесли отечественные ученые: Розанов Ю.К., Зиновьев Г.С., Жежеленко И.В., Вагин Г.Я., Голембиовский Ю.М., Белов Г.А., Шакарян Ю.Г. и д.р. Однако устойчивость работы в установившихся и переходных режимах компенсатора на базе каскадного многоуровневого инвертора изучена недостаточно.

Связь работы с научными программами

Работа выполнена в рамках:

  1. ГОСУДАРСТВЕННОГО КОНТРАКТА № 16.526.12.6016 на выполнение опытно-конструкторских работ в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».

  2. Государственного единого заказ-наряда Минобрнауки РФ № 605 «Теория энергосбережения. Новые принципы автоматизации, микропроцессорного управления, построения энергосберегающих систем электропривода и устройств преобразовательной техники».

^ Объект исследования

Компенсатор реактивной мощности и мощности искажений на базе каскадного многоуровневого инвертора (КМИ).

Предмет исследования

Передаточные функции, алгоритмы управления, устойчивость работы корректора коэффициента мощности (ККМ) в статических и динамических режимах.

^ Цель работы

Разработка математических и компьютерных моделей для всестороннего исследования режимов компенсатора реактивной мощности и мощности искажения на основе каскадного многоуровневого инвертора.

^ Решаемые задачи

  1. Анализ способов и устройств компенсации реактивной мощности и мощности искажений.

  2. Создание комплекса математических и компьютерных моделей для исследования электромагнитных процессов КМИ.

  3. Разработка новых алгоритмов управления КМИ и исследование на устойчивость установившихся и переходных режимов работы корректора коэффициента мощности (ККМ).

  4. Разработка методик расчета параметров силовой части и системы управления ККМ.

^ Методы исследования

При выводе основных математических зависимостей ККМ были использованы основные положения теории нелинейных импульсных систем. При определении компенсирующих токов ККМ применены положения теории мгновенных значений токов в синхронной системе dq координат, ориентированной по вектору напряжения питающей сети. При исследовании на устойчивость ККМ по передаточным функциям использован критерий Боде из теории автоматического управления.

В качестве инструмента для анализа статических и динамических процессов в исследуемых системах использованы методы компьютерного моделирования. Имитационное моделирование выполнено с использованием среды MatLab и системы визуального проектирования Simulink.

^ Научная новизна

  1. Предложен универсальный алгоритм компенсации реактивной мощности и мощности искажений одним устройством на базе каскадного многоуровневого инвертора, отличающийся от существующих тем, что за счет введения в систему управления дополнительного регулировочного звена в канале тока, обеспечивается устойчивая компенсация как реактивной мощности, так и мощности искажений. Новизна подтверждена свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ.

  2. Разработаны математические модели каскадного многоуровневого инвертора в синхронной dq системе координат, ориентированной по вектору напряжения сети, что позволило упростить исследование на устойчивость и разработку регуляторов компенсатора реактивной мощности и мощности искажения.

  3. Получены аналитические передаточные функции токов в dq координатах для анализа устойчивости ККМ в стационарных и переходных режимах, позволяющие учесть время запаздывания в системе управления и повысить устойчивость с помощью регуляторов.

^ Практическая ценность

  1. Разработанный алгоритм управления каскадным инвертором является универсальным, позволяет формировать многоуровневое выходное напряжение независимо от области применения и рекомендуется к использованию при проектировании ККМ данного типа, в том числе с увеличенным количеством уровней.

  2. Разработано математическое описание и комплекс прикладных программ имитационного моделирования ККМ в пакете Matlab Simulink для исследования на ЭВМ работы ККМ в статических и динамических режимах.

  3. Предложена методика расчета параметров силовых реактивных элементов и параметров регуляторов системы управления для оптимизации проектируемого ККМ на базе КМИ, а также устройств на их основе.

  4. Разработаны принципиальные схемы силовых узлов и системы управления ККМ, использованные при создании узлов макета.

  5. Результаты диссертационной работы использованы, а также в учебном процессе при чтении лекций по курсам: «Энергетическая электроника» и «Основы промышленной электроники» студентам кафедры «Промышленная электроника» НГТУ им. Р.Е.Алексеева.

Реализация результатов работы

Полученные результаты использованы в ГОСУДАРСТВЕННОМ КОНТРАКТЕ № 16.526.12.6016 на выполнение опытно-конструкторских работ в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», при проектировании в ОАО «Гипрогазцентр» компрессорных станций с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, а также при создании узлов макетного образца корректора коэффициента мощности на базе КМИ.

^ Основные положения, выносимые на защиту

  1. Комплекс математических и компьютерных моделей в пакете Matlab Simulink компенсатора реактивной мощности и мощности искажений на базе КМИ.

  2. Алгоритм компенсации реактивной мощности и мощности искажений одним устройством на базе КМИ.

  3. Результаты анализа устойчивости автоматической системы управления ККМ в установившихся и переходных режимах, по передаточным характеристикам ККМ в dq координатах.

  4. Методика расчета силовых реактивных элементов и параметров микропроцессорной системы управления ККМ.

^ Апробация работы

Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы были доложены на VII Всероссийская научно-техническая конференция "Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем" (Чебоксары, 2007), XIII Нижегородская сессия молодых ученых (Нижний Новгород, 2008), IX Международная молодежная научно-техническая конференция "Будущее технической науки" (Нижний Новгород, 2010).

Публикации

По результатам исследований опубликовано 12 работ. Получены свидетельство о государственной регистрации имитационной модели в прикладной программе для ЭВМ № 2009613526 от 30.06.2009г.

^ Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 104 наименований и 9 приложений. Основная часть диссертации изложена на 140 страницах, содержащая 94 рисунка и 19 таблиц.


^ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследования, которым посвящена диссертация, изложены подходы и методы исследования, показана новизна работы, дана её общая характеристика.

В первой главе рассмотрено влияние на качество электроэнергии энергоемких потребителей, характеризующихся большим потреблением реактивной мощности и значительным искажением формы потребляемого тока. На основе режимов работы универсальной дуговой печи постоянного тока ДППТУ-12 было исследовано ее негативное влияние на энергетические характеристики сети. На (рис.1) представлена схема электропитания данной печи.

frame1

Реактивная мощность ухудшает показатели работы энергосистемы, так как при загрузке реактивными токами увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках, увеличивается падение напряжения в сетях. Крупные электротехнологические установки характеризуются:

  • неравномерным потреблением реактивной мощности в течение суток и по отдельным суткам, при котором средневзвешенное значение tgφ может быть на 20—25% выше значения отношения реактивной мощности к активной в часы пик нагрузки энергосистемы;

  • резким колебанием реактивной мощности, приводящим к значительным колебаниям сетевого напряжения;

  • генерированием в питающую сеть высших гармонических составляющих, вследствие чего коэффициент несинусоидальности сетевого напряжения и потребляемого тока может достигать 7-8%;

  • неравномерностью потребления активной и реактивной мощности по отдельным фазам, вызывающей возникновение токов обратной последовательности и несиммет­рию питающих напряжений.

Высшие гармоники напряжения и тока вызывают искажение формы питающего напряжения, резонансные явления на частотах высших гармоник, повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании, нагрев и потери в трансформаторах и электрических машинах и др.

Проанализировано качество электроэнергии при нелинейной нагрузке ДППТУ-12. Одним из основных показателей энергосистемы является коэффициент мощности , характеризующий эффективность использования энергосистемы. Напряжение на электроде ДППТУ-12 изменяется от 300 В до 600 В при изменении угла управления  в диапазоне регулирования от 0 эл.град. до ~60 эл.град. Как показали исследования, при работе ДППТУ-12  изменяется от 0,91 до 0,48 при изменении угла регулирования от 0 до ~60 эл.град., что свидетельствует о малоэффективном использовании сети при глубоком регулировании. Причем потребление активной мощности уменьшается более чем на 50 %, а изменение мощности искажения относительно полной мощности практически не меняется и составляет 29 % от полной потребляемой мощности ДППТУ 12, (рис.2).

Рассмотрены особенности промышленных устройств повышения коэффициента мощности, таких как автоматические компенсаторы, выполненные на базе конденсаторных установок, статические компенсаторы на базе управляемых реакторов, фильтрокомпенсирующие устройства и статические компенсаторы на базе инверторов напряжения. Для потребителей с изменяющейся потребностью в реактивной мощности, постоянно включенные конденсаторные батареи неприемлемы, т.к. при этом возникают режимы недокомпенсации или перекомпенсации. Релейные компенсаторы с набором конденсаторных батарей при возможности ступенчатого регулирования величины компенсируемой реактивной мощности обладают низким быстродействием, высоким уровнем помех вследствие бросков тока в момент коммутации, что приводит к износу конденсаторов. Статические тиристорные компенсаторы характеризуются естественной коммутацией тиристоров, которая обуславливает генерацию в питающую сеть высших гармонических составляющих тока и напряжения. Фильтрокомпенсирующие устройства могут вызвать резонансные явления в системе, которые могут привести к дополнительным искажениям синусоидальности тока и напряжения.

frame2

Все емкостные компенсаторы реактивной мощности критичны к гармоническим искажениям тока. Перегрузка конденсаторов высшими гармониками может быть исключена, если конденсаторы включены последовательно с установкой, как в случае компенсационных выпрямителей. Впервые на возможность осуществления компенсационного режима работы выпрямителей указал Г.И. Бабат. К их основным недостаткам, помимо невысокого значения коэффициента эффективности использования конденсаторов и наличия существенных потерь в реакторах, можно отнести и ограниченное значение критического угла регулирования при превышении которого резко снижается величина генерируемой выпрямителем реактивной мощности, а также нарушается устойчивость работы самой схемы выпрямления.

Весьма вредное влияние оказывают высшие гармонические составляющие тока на работу электрооборудования и питающей сети. Наиболее распространённый способ компенсации мощности искажений это применение пассивных фильтрующих устройств. Использование таких фильтров может вызвать резонансные явления в системе, которые, в свою очередь, могут привести к дополнительным искажениям синусоидальности тока и напряжения. Наличие пассивных элементов увеличивает потери в фильтре и в системе электропитания в целом. При фильтрации большого числа гармоник массогабаритные показатели и затраты на изготовление фильтра значительно увеличиваются.

Во второй главе рассмотрены многоуровневые топологии построения компенсаторов реактивной мощности и мощности искажений. Современные устройства, имеющие в своем составе выпрямитель, зачастую выполняются с использованием схем коррекции коэффициента мощности. Вместо тиристоров в устройствах с фазовым управление или диодов в неуправляемых выпрямителях используются полностью управляемые силовые ключевые элементы. Вопросами исследования и разработки активных выпрямителей в нашей стране занимаются Ю.К. Розанов, Г.С. Зиновьев, Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов и др., а за рубежом H. Akagi, A. Nabae, M. Lindgren, J.L. Duarte и др. Однако замена активными выпрямителями функционирующие выпрямительные установки с невыработанным ресурсом является экономически нецелесообразным и иногда даже невозможным.

В этих случаях предлагается использование устройства, предназначенного для компенсации реактивной мощности и мощности искажения, обусловленных работой потребителей. В настоящее время существует несколько типов устройств, позволяющих выполнить данную задачу. Автором предлагается ККМ, который возможно подключать напрямую без трансформатора на сетевые напряжения до 10 кВ (рис. 1). Данный тип корректора относится к СТАТКОМ параллельного типа.

В устройстве ККМ перспективно использовать КМИ, т.к. данный класс инверторов:

  • имеет больший диапазон использования по напряжению, складывающийся из допустимых напряжений отдельных модулей;

  • имеет лучший гармонический состав выходного напряжения из-за приближения его синусоидальной форме;

  • позволяет использовать низковольтные ключевые элементы в инверторах модулей;

  • не требует повышающего трансформатора.

При топологии КМИ эквивалентная частота ШИМ выходного линейного напряжения увеличивается в два раза из-за геометрического сложения фазных напряжений.

При модульном строении КМИ можно гибко расширять допустимую мощность преобразователя, изменяя количество последовательно включенных модулей. Каждая ячейка КМИ имеет идентичную структуру – мостовой однофазный инвертор и независимое подключение. Структура ККМ позволяет компенсировать реактивную составляющую тока и высшие гармонические составляющие тока.

Сложность управления КМИ прямо пропорциональна числу мостовых модулей в фазе. При увеличении числа модулей возникает проблема разбалансировки напряжений на конденсаторных батареях. Ограничения на количество модулей в фазе накладывается быстродействием системы управления.

Пассивные компоненты, используемые в ККМ на базе КМИ, определяют работу системы. Проанализировано влияние параметров реактивных компонентов на основные критерии системы, такие, как Кг, диапазон рабочих мощностей и др. Предложена методика выбора номиналов пассивных компонентов.

При исследовании КМИ были сделаны выводы, что минимальная емкость конденсаторного накопителя определяется допустимыми пульсациями выходного напряжения, а максимальная – стоимостью. Кроме того, емкость конденсатора не зависит от частоты коммутации ключей. При большей емкости конденсаторной батареи, Кг значительно не уменьшается. (Рис. 3) представляет оптимальную область для выбора номинала конденсатора.

frame3

Минимальная индуктивность фазных реакторов определяется гармоническими искажениями тока, а максимальная индуктивность ограничена диапазоном действия системы и, конечно, стоимостью (рис. 4).

Третья глава диссертационной работы посвящена исследованию и разработке комплекса математических моделей ККМ на базе КМИ с ШИМ на высокой частоте. В главе рассмотрены принципы функционирования устройства, выведены обобщённые аналитические зависимости для токов ККМ в статических АВС (фазных) и синхронных(ортогональных) dq координатах для усредненной и малосигнальной моделей. Получены передаточные функции КМИ в синхронных координатах для токов ККМ и напряжений на конденсаторных накопителях (уравнения (1) (3)):

, (1)

, (2)

, (3)

где j=1..N, N – число мостовых инверторов в фазе, Rs и Ls – параметры фазного реактора, ω – частота сети в радианах, С – емкость накопителя, Y – коэффициент заполнения, E – напряжение на конденсаторных накопителях в мостовых инверторах.

Задержка выходного сигнала N-уровневого КМИ, обусловленная математическими расчетами в системе управления и ШИМ, зависит от используемого микропроцессора и частоты коммутации, вследствие чего в выражениях (1)–(3) добавляется задержка Tз. В работе показано, что наличие задержек в реальном устройстве ККМ не влияет на амплитудную передаточную функцию, однако приводит к фазовому смещению высших гармоник, поэтому при проектировании устройства необходимо учитывать влияние задержек в системе.

На основе полученных передаточных функций в диссертации исследован ККМ на базе КМИ по логарифмическим амплитудно-частотным и фазо-частотным характеристикам на устойчивую работу. Согласно ЛАЧХ, ЛФЧХ передаточных функций, показанных на (рис. 6), и критерию устойчивости Боде, ККМ без регулятора является неустойчивым и нуждается в регулировочных звеньях для обеспечения устойчивой работы. В качестве звена регулирования по d и q каналам был выбран ПИД регулятор, а по каналу напряжения ПИ-регулятор. Эти регуляторы являются линейными и могут быть исследованы во временной и частотной области. На (рис. 5) показана полная блок-схема ККМ на базе КМИ с замкнутой цепью регулирования. Главная функция регулятора обратной связи состоит в том, чтобы отслеживать отклонения заданного параметра системы и выдавать команды с наиболее возможной скоростью для их устранения. После введения ПИД-регулятора ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы (рис. 6), подтверждают ее стабильность.

frame4

П


Рис. 6. ЛАЧХ и ЛФЧХ систем с ПИД-регулятором (пунктирная линия) и без регулятора (сплошная линия)
ри использовании новой передаточной функции для замкнутой цепи регулирования по d и q-каналу, получена функция, отображающая зависимость между током и напряжением на конденсаторной батарее. Основываясь на правилах преобразования сложных передаточных функций, получено уравнение (4). Аналогичным образом скорректированы передаточные функции введением ПИ-регулятора

, (4)

где WEid(p) – передаточная функция по уравнению (3); Fi(p) – передаточная функция d-канала с ПИ регулятором.

Полученные коэффициенты регуляторов были оптимизированы с помощью математической модели ККМ на передаточных функциях в прикладной программе Matlab/Simulink и процедуры разработки нелинейного управления систем. Целью оптимизации ПИД-регуляторов является минимизация перерегулирования и длительности переходного процесса в скомпенсированной системе. Достижение оптимальных значений осуществляется по градиентному методу. По полученным оптимизированным параметрам увеличена полоса пропускания примерно в 3,8 раза, однако значительно уменьшились запасы устойчивости по фазе и усилению. Запасы устойчивости удовлетворяют ограничениям, необходимым для стабильной работы.

На основе передаточных функций и коэффициентов регуляторов по (рис. 5) была сформирована имитационная модель в программном комплексе Matlab/Simulink. На полученной модели были рассмотрены основные режимы работы ККМ параллельно с сетью и нагрузкой в виде ДППТУ-12. Также на математической модели проведено исследование зависимости коэффициента нелинейных искажений в сетевом токе при работе ДППТУ-12 на номинальную нагрузку с использованием и без использования ККМ.

На имитационной модели проведены исследования работы ККМ в полном диапазоне изменения угла управления управляемого выпрямителя ДППТУ-12. Результаты моделирования показали, что при использовании ККМ сдвиг основной гармоники в сетевом токе практически равен нулю. Уменьшение угла сдвига и высших гармоник приводит к увеличению коэффициента мощности, (рис.7), и улучшению электромагнитной совместимости ДДПТУ-12.

frame6

В четвертой главе разработан алгоритм управления ключевыми элементами КМИ. Сложность системы управления определяется количеством параметров, требуемых для постоянного контроля. К ним можно отнести значение мгновенной мощности искажения, напряжение на конденсаторных батареях и синхронизацию с сетью.

Параметры, используемые системой управления для регулирования выходного тока ККМ, должны быть преобразованы в dq координаты, поэтому чтобы использовать приведенный блок управления, необходимо провести пересчет измеренных параметров из ABC-координат в dq. Так как система координат dq должна быть ориентированна по вектору сетевого напряжения, то требуется еще блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Также выходные сигналы регулятора после обработки необходимо преобразовать обратно в статические АВС координаты. Далее с помощью блока ШИМ по полученным значениям вырабатываются импульсы для управления ключевых полупроводниковых элементов. На (рис. 8) представлена законченная блок схема системы управления.

Блок ШИМ выполняет в основном две задачи – формирование импульсов управления ключевых элементов каскадного многоуровневого инвертора и балансировка зарядов конденсаторных накопителей. По входным сигналам управления и мгновенным значениям тока ККМ и напряжениям на конденсаторных батареях формируется очередность включения модулей в фазе.

frame7

Как и в случае имитационной модели на передаточных функциях, аналогичным образом проведено исследование основных режимов работы модели ККМ, построенной на библиотечных блоках в прикладной программе моделирования Matlab/Simulink. На (рис. 9) представлена временная диаграмма работы ККМ параллельно с сетью и тиристорным выпрямителем ДППТУ-12. Результаты моделирования показали аналогичные результаты, полученные на математической модели в главе 3. Сдвиг основной гармоники в сетевом токе практически равен нулю. Уменьшение угла сдвига и высших гармоник приводит к увеличению коэффициента мощности до значений 0,96-0,98, (рис.7).


frame8

Макет ККМ представляет собой сложное электротехническое устройство. Для испытания и исследования режимов работы данного устройства использовалось упрощенное схемотехническое решение. Отдельные узлы макета ККМ были изготовлены на базе кафедры «Промышленная электроника» НГТУ им. Р.Е. Алексеева (Н.Новгород). Система управления макета выполнена на микропроцессоре TMS320f2812 и сопряжена с пользовательской оболочкой для персонального компьютера, написанной на Visual Studio и позволяющей корректировать внутренние параметры системы в режиме онлайн по интерфейсу RS232.


В приложениях приведены программы ШИМ блока, акты внедрения по государственному контракту на выполнение опытно-конструкторских работ в рамках федеральной целевой программы, акт о внедрении при проектировании компрессорных станций в ОАО «Гипрогазцентр, акт о внедрении в учебный процесс.


^ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании проведённых исследований получены следующие результаты:

  1. Разработан комплекс математических и имитационных моделей компенсатора реактивной мощности и мощности искажений на базе КМИ, используя усредненную и малосигнальную математические модели, аналитические передаточные функции токов и напряжений в двух системах координат ABC и dq.

  2. Разработан новый алгоритм управления силовыми ключами КМИ, позволяющий управлять N-уровневым инвертором c контролем потока мощности для регулирования заряда на накопительных конденсаторах. Сложность управления КМИ прямо пропорциональна числу мостовых модулей в фазе, при увеличении которых возникает проблема разбалансировки напряжений на конденсаторных батареях. Ограничения на количество модулей в фазе накладывается быстродействием системы управления.

  3. На основе ЛАЧХ и ЛФЧХ передаточных функций предложена методика расчета параметров регуляторов системы управления ККМ на базе КМИ, позволяющая качественно настроить систему управления.

  4. Выполненный компьютерный эксперимент совместной работы компенсатора реактивной мощности и мощности искажений и дуговой печи постоянного тока ДППТУ-12 подтвердил эффективность применения ККМ: содержание высших гармоник в сети снижено в среднем в 10 раз, сдвиг основной гармоники в сетевом токе практически равен нулю. Уменьшение угла сдвига и высших гармоник приводит к увеличению коэффициента мощности до значений 0,96-0,98.

  5. Предложена методика расчета и оптимизации емкости накопителя и индуктивности фазного реактора ККМ. Минимальная емкость определяется пульсациями выходного напряжения, а ограничения на максимальную емкость накладываются стоимостью. Минимальная индуктивность определяется гармоническими искажениями тока, а максимальная ограничена диапазоном выходного напряжения КМИ.

^ РАБОТЫ опубликованыЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


Публикации по перечню ВАК:


  1. Карнавский, И.А. Корректор коэффициента мощности в высоковольтной распределительной электросети на базе многоуровневого каскадного преобразователя с ШИМ на высокой частоте / Б.Ю. Алтунин, М.Н. Слепченков, И.А. Карнавский // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». Вып. 9 2008. №11(111). С. 39 – 45.

  2. Карнавский, И.А. Моделирование каскадного компенсатора неактивной мощности / Б.Ю. Алтунин, А.Б. Лоскутов, И.А. Карнавский // Промышленная энергетика. – Москва, 2012. №2. С. 3136.


Патенты и свидетельства о регистрации


  1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / Имитационная модель корректора коэффициента мощности на базе многоуровневого инвертора // Карнавский И.А. № гос. регистрации 2009613526 от 30.06.2009 г.


Остальные публикации


  1. Карнавский, И.А. Многоуровневый статический компенсатор реактивной мощности / И.А. Карнавский, М.Н. Слепченков // VII Всероссийская научно-техническая конференция "Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем". Чебоксары, 2007. – С. 42 – 46.

  2. Карнавский, И.А. Система стабилизации напряжения электротехнического комплекса автономного объекта / С.В. Абрамов, А.А. Иванов, И.А. Карнавский // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Актуальные проблемы электроэнергетики. Т.66. Н.Новгород, 2007. С. 7074.

  3. Карнавский, И.А. Статические компенсаторы неактивной мощности систем импульсного электропитания / В.П. Кириенко, И.А. Карнавский, М.Н. Слепченков // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Актуальные проблемы электроэнергетики. Т.66. Н.Новгород, 2007.С. 120128.

  4. Карнавский, И.А. Высоковольтный корректор коэффициента мощности на базе каскадного многоуровневого преобразователя с ШИМ на ВЧ / Б.Ю. Алтунин, М.Н. Слепченков, И.А. Карнавский // XIII Нижегородская сессия молодых ученых, секция энергетика. Сб. тезисов докладов.Н.Новгород, 2008.С. 135 36.

  5. Карнавский, И.А. Алгоритмы управления инверторным выпрямителем в составе устройства сопряжения системы нетрадиционных источников электроэнергии с питающей сетью / А.А. Асабин, М.Н. Слепченков, И.А. Карнавский // Известия АИН им. А.М. Прохорова. – Москва, 2008. – С. 144 – 150.

  6. Карнавский, И.А. Корректор неактивной мощности электротехнологических установок на базе многоуровневого инвертора / Б.Ю. Алтунин, И.А. Карнавский, А.В. Тюрина // IX Международная молодежная научно-техническая конференция "Будущее технической науки". Сб. тезисов докладов. Н.Новгород, 2010. С. 84–85.

  7. Карнавский, И.А. Математическая модель компенсатора неактивной мощности на базе многоуровневого инвертора с зонной ШИМ на высокой частоте / Б.Ю. Алтунин, И.А. Карнавский // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – Н.Новгород, 2010. №4(83). С.219–225.

  8. Карнавский, И.А. Компенсатор реактивной мощности и мощности искажений на базе многоуровневого каскадного инвертора. / Б.Ю. Алтунин, И.А. Карнавский // Труды НГТУ “Актуальные проблемы электроэнергетики”.Материалы научно-технической конференции.–Н.Новгород, 2010. – С. 5–11.

  9. Карнавский, И.А. Имитационная модель системы управления компенсатора реактивной мощности и мощности искажений на базе многоуровневого каскадного инвертора / Б.Ю. Алтунин, И.А. Карнавский // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – Н.Новгород, 2011. №1(86). С. 204–209.

  10. Карнавский, И.А. Модель многоуровневого каскадного инвертора для компенсации реактивной мощности и мощности искажений в сетях с выпрямительной нагрузкой / А.Б. Лоскутов, Б.Ю. Алтунин, И.А. Карнавский // Problemele energeticii regionale. – Chisinau, 2011. №2(16). С. 3339.


Личный вклад автора

В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежат: математические и имитационные модели /1, 2, 7, 9, 10, 12, 13/, постановка задачи /2, 4, 8, 11/, обобщение результатов /5, 6/.





Скачать 221,7 Kb.
оставить комментарий
Карнавский Иван Александрович
Дата04.04.2012
Размер221,7 Kb.
ТипАвтореферат, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх