WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

инвертора при несимметричном несинусоидальном питающем напряжении в режиме нагрузки изображены на рис. 1. Для определения длительности протекания сетевого тока в фазах преобразовательного трансфор-матора инвертора рассчитаны моменты естественного открытия вентилей, которые определяются из равенства линейных вторичных напряжений в точках пересечения. Например, для вычисления момента получено выражение:

Рис. 1. Кривые противоЭДС и сетевого тока

(фаза А) шестипульсового мостового
инвертора

(4)

где – линейные ЭДС -й гармоники вентильной обмотки при несимметричном несинусоидальном питающем напряжении; – углы сдвига фазных ЭДС -й гармоники по отношению к первой для фазы А; – углы сдвига между одноименными фазными и линейными ЭДС -й гармоники.

Выражения для расчета моментов составляются аналогично, а моменты определяются с учетом периода кривой противоЭДС шестипульсового инвертора.

Углы коммутации вентильных токов при несимметричном несинусоидальном питающем напряжении различны и рассчитываются с использованием метода простых итераций. Для их вычисления составлена математическая модель электромагнитных процессов в мостовом шестипульсовом инверторе, которая представлена в виде системы дифференциальных уравнений и основана на методе расчета сложной цепи с применением законов Кирхгофа. Математическая модель позволяет определить углы коммутации с учетом рассчитанных значений ЭДС питающей системы при различных режимах ее работы, что, в свою очередь, дает возможность определения спектрального состава гармоник сетевого тока. Например, для угла коммутации вентильных токов расчетная математическая модель имеет вид:

(5)

где – ток нагрузки инвертора; – суммарное индуктивное сопротивление питающей системы понижающего и преобразовательного трансформаторов, приведенное к напряжению вентильной обмотки преобразовательного трансформатора; – коэффициент схемы.

Для определения значений углов расчетные математические модели составляются аналогично, а углов – с учетом периода кривой противоЭДС. Решение модели выполнено в математической среде Mathcad.

Углы опережения открытия тиристоров изменяются по закону где – порядковый номер момента естественного открытия вентилей, – начальное значение угла опережения открытия тиристора.

Кривая сетевого тока с учетом процесса коммутации состоит из нескольких криволинейных и прямолинейных участков (см. рис. 1). Мгновенные значения сетевого тока шестипульсового инвертора, соответствующие участкам возрастающей части кривой обозначены символом, убывающей –. Уравнение для участка кривой тока, возрастающего во время коммутации в интервале от до, имеет вид:

, (6)

для участка кривой тока, убывающего во время коммутации в интервале от до :

, (7)

где – коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора.

Прямолинейные участки кривой сетевого тока при отсутствии коммутации, а в течение остальной части периода тока.

Определение действующих значений гармоник сетевого тока -го порядка шестипульсового инвертора выполнено с учетом нелинейного характера изменения тока в периоды коммутации посредством разложения функции тока в комплексный ряд Фурье. В результате расчета выявлено, что появление несимметрии питающего напряжения приводит к изменению спектрального состава гармоник сетевого тока шестипульсового преобразователя, т. е. появляются нечетные неканонические гармоники, кратные трем, которые с ростом несимметрии увеличиваются.

Несинусоидальность питающего напряжения не вносит изменений в спектральный состав гармоник сетевого тока шестипульсового инвертора, но отражается на их значениях. Наличие в питающей системе гармоник прямой последовательности (1, 7, 13 …) приводит к увеличению значений коэффициента -й гармонической составляющей и коэффициента искажения синусоидальности кривой сетевого тока, а присутствие гармоник обратной последовательности (5, 11, 17 …) – к их уменьшению.

При несимметричном несинусоидальном питающем напряжении наблюдается различный характер изменения канонических гармоник сетевого тока шестипульсового инвертора по фазам, несинусоидальность приводит к увеличению численных значений (3, 9, 15…) гармоник сетевого тока и с увеличением коэффициента нагрузки наблюдается тенденция к уменьшению коэффициента во всех фазах.

В третьей главе выполнен уточненный анализ гармоник сетевого тока двенадцатипульсового инвертора последовательного типа при несимметрии и несинусоидальности напряжений питающей системы.

Рис. 2. Кривые противоЭДС и сетевого тока
(фаза А) двенадцатипульсового инвертора

Расчет гармоник кривой сетевого тока двенадцатипульсового инвертора произведен с учетом конструктивной несимметрии вентильных обмоток преобразовательного трансформатора и нелинейного характера изменения сетевого тока в периоды коммутации, ранее принятых допущений посредством разложения функции тока в комплексный ряд Фурье.

Кривые противоЭДС и сетевого тока двенадцатипульсового инвертора при несимметричном несинусоидальном питающем напряжении в режиме нагрузки изображены на рис. 2.

Выражения для вычисления моментов, а также математические модели для определения углов двенадцатипульсового инвертора

составляются отдельно для каждой вторичной обмотки преобразователя по аналогии с рассмотренным ранее шестипульсовым.

Кривая сетевого тока двенадцатипульсового инвертора, как и шестипульсового, состоит из нескольких криволинейных и прямолинейных участков: прямолинейные участки соответствуют установившемуся значению тока, криволинейные – времени коммутации и выражаются равенством:

(8)

где – мгновенные значения сетевого тока фазы А двенадцатипульсового инвертора (см. рис. 2), соответствующие прямолинейному участку, примыкающему слева к рассматриваемому криволинейному участку; – мгновенные значения сетевого тока на прямолинейном участке, примыкающем к криволинейному участку справа.

При несимметричном синусоидальном питающем напряжении в кривой сетевого тока двенадцатипульсового инвертора появляются нечетные гармоники, кратные трем. С ростом несимметрии питающего напряжения значения неканонических гармоник сетевого тока двенадцатипульсового инвертора увеличиваются, а канонических – уменьшаются. С увеличением коэффициента нагрузки наблюдается тенденция к уменьшению коэффициента во всех фазах.

Присутствие в симметричной питающей системе гармоник обратной последовательности (5, 11, 17…) приводит к появлению в кривой сетевого тока двенадцатипульсового инвертора канонических гармоник для шестипульсового инвертора. С повышением коэффициента нагрузки при наличии гармоник прямой и обратной последовательностей коэффициенты и уменьшаются.

При несимметричном питающем напряжении несинусоидальность приводит к увеличению численных значений неканонических гармоник (3, 5, 7, 9…). Сравнивая численные значения коэффициента рассматриваемых ВИПов при несимметричном несинусоидальном напряжении питающей системы можно отметить, что канонические гармоники (11, 13, 23, 25, …) для обоих преобразователей близки по значению, а все остальные гармоники сетевого тока у двенадцатипульсового инвертора в несколько раз меньше, чем у шестипульсового. Значения коэффициента для двенадцатипульсового инвертора при номинальной нагрузке в два раза меньше, чем для шестипульсового. В целом использование двенадцатипульсового ВИПа способствует снижению влияния высших гармонических составляющих на качество электроэнергии в питающей системе.

Проведенный гармонический анализ кривой сетевого тока шести- и двенадцатипульсового инверторов при различных режимах работы питающей системы применен при определении соответствия качества электроэнергии, возвращаемой из тяговой сети, требованиям ГОСТ 13109-97 для обоснования целесообразности применения инверторов на тяговых подстанциях постоянного тока.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований качества электрической энергии на ТП постоянного тока с ВИПами, выполнены теоретический расчет коэффициента искажения синусоидальности кривой питающего напряжения и оценка достоверности теоретических исследований, рассчитан экономический эффект от внедрения полученных результатов.

Достоверность теоретических исследований качества тока, отдаваемого инверторами в систему внешнего электроснабжения, подтверждена путем экспериментальных исследований на четырех ТП постоянного тока Западно-Сибирской железной дороги с шести- и двенадцатипульсовым ВИПами. Измерения производились с применением ИВК «Омск-М».

На основе экспериментальных исследований установлено, что в режиме рекуперации искажение кривых тока и напряжения несколько выше, чем в режиме потребления энергии на тягу поездов. Результаты статистической обработки значений при работе преобразователя в инверторном режиме показали, что эти значения на ТП с двенадцатипульсовым ВИПом значительно ниже (1,19 %), чем на ТП с шестипульсовым (2,87; 3,19; 5,67 %). Установлено, что только на одной ТП при возврате избыточной энергии рекуперации превышает нормально допустимое значение (5 %), но ниже предельно допустимого значения (8 %), установленных ГОСТ 13109-97. Выполнен теоретический расчет значений на основе ранее вычисленных величин гармоник сетевого тока инвертора, при этом расхождение между расчетными и экспериментальными значениями не превысило 10 %.

Таким образом, в результате теоретических и экспериментальных исследований получено, что возможное ухудшение показателей качества электроэнергии, вызванное влиянием работы инвертора на рассматриваемых ТП, не может являться основанием для отказа в оплате электроэнергии при ее возврате в систему внешнего электроснабжения.

Разработан и зарегистрирован в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам программный комплекс «Гармоники мостового шестипульсового инвертора при различных режимах работы питающей сети» (свидет. № 2007611963), который может использоваться для расчета показателей качества электроэнергии при обосновании целесообразности применения инверторов при проектировании и реконструкции ТП постоянного тока. В настоящее время программный комплекс используется в учебном процессе на кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа.

Оценка адекватности предложенной математической модели подтверждена путем проведенных экспериментальных исследований с применением статистических методов (F-критерия Фишера) и элементов корреляционного анализа. Для этого осуществлена выборка значений в режиме рекуперации и с учетом значений и нагрузки в каждый момент времени рассчитаны соответствующие значения с использованием математической модели. Установлено, что рассчитанное значение F-критерия Фишера для ТП с шестипульсовым ВИПом составляет 1,48, а критическое значение критерия равно 1,8. Для ТП с двенадцатипульсовым ВИПом рассчитанное значение F-критерия составляет 2,8, что также не превышает критического значения – 2,94.

Теоретические и экспериментальные кривые сетевого тока для ТП с шести- и двенадцатипульсовым ВИПами приведены на рис. 3 а, б.

Рис. 3. Теоретические и экспериментальные кривые сетевого тока
шести- (а) и двенадцатипульсового (б) ВИПов

Выполнен расчет коэффициента корреляции между кривыми теоретических и экспериментальных значений сетевого тока, для шестипульсового ВИПа это значение – 0,988, для двенадцатипульсого 0,987. Полученное сравнительно большое значение коэффициента корреляции свидетельствует о существенной «близости» экспериментальных и теоретических кривых сетевого тока рассмотренных ВИПов.

Таким образом, разработанная математическая модель в достаточной степени соответствует реальным электромагнитным процессам в шести- и двенадцатипульсовых ВИПах тяговых подстанций постоянного тока и может быть использована для определения соответствия качества электроэнергии, возвращаемой из тяговой сети, требованиям ГОСТ 13109-97.

До последнего времени отсутствовала нормативная база по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на ТП, под которым понимается определение расхода электроэнергии на тягу поездов как разности количества электроэнергии, принятой из сетей питающей энергосистемы и возвращенной в них. Поэтому с участием автора разработаны и утверждены Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» «Методические рекомендации по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях», внедренные на сети железных дорог. Апробация методических рекомендаций осуществлена на ТП Западно-Сибирской железной дороги, о чем имеется соответствующий акт внедрения.

Экономический эффект (в виде чистого дисконтированного дохода (ЧДД) от внедрения разработанных методических рекомендаций на одной тяговой подстанции Западно-Сибирской железной дороги за расчетный период (Т = 10 лет) составляет 6,9 млн р. в ценах 2008 г.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Уточнен метод расчета несимметричных питающих напряжений за счет использования комплексных значений коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности, позволяющий повысить точность расчета значений питающих напряжений и, соответственно, гармоник сетевого тока на
2 3 % в сравнении с существующим методом, обеспечивая при этом адекватность расчетных и экспериментальных результатов исследований качества электроэнергии.

2. Усовершенствован метод расчета углов коммутации вентильных токов на основе разработанной математической модели электромагнитных процессов в шести- и двенадцатипульсовом инверторах, позволяющий определять углы коммутации вентильных токов с учетом несимметричных несинусоидальных режимов работы питающей системы.

3. Усовершенствован метод расчета сетевого тока многопульсового инвертора за счет использования уравнений, описывающих нелинейный характер его изменения в периоды коммутации при несимметричном несинусоидальном питающем напряжении, с учетом конструктивной несимметрии вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, для обеспечения адекватности расчетных и экспериментальных результатов исследований гармоник кривой сетевого тока.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»