WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис. 1 Схема нерегулируемого КУ Рис. 2 Схема с регулируемой емкостью Рис. 3 Схема источника реактивной мощности Рис. 4 Схема СТК с регулируемой со ступенчатым регулированием индуктивностью (тиристорно-реакторная группа) Рис. 5 Схема СТК с регулируемой индуктивностью и регулируемой емкостью (ступенчатой) Рис. 6 Принципиальная схема регулируемого источника реактивной мощности Во второй главе разработана модель схемы РИРМ (рис. 6) с использованием средств MATLAB, Simulink, sim Power Sуstems, для создания которой необходимо одно из следующих условий:

1. Принципиальная или функциональная схема объекта моделирования.

2. Уравнения, описывающие моделируемую систему.

3. Результаты измерения входных и выходных сигналов моделируемой системы.

При разработке модели РИРМ (рис. 7) использовано первое условие.

.

Рис. 7 Модель регулируемого источника реактивной мощности При разработке модели РИРМ (рис. 7) использованы средств программы Simulink и toolbox Sim power Systems. Для проверки работы схемы РИРМ, а так же из–за появления в модели высших гармоник, моделирование проводилось по отдельным блокам (рис. 8 – 10).

На рис. 8 представлена модель трехфазного источника питания (сеть), содержащая блок Three–Phase Source, имеющий три источника ЭДС, сдвинутых по фазе друг на угол 120.

Рис. 8 Модель блока регулируемой части источника реактивной мощности В схеме замещения (рис. 9) представлена модель блока тиристора со схемой управления.

Рис. 9 Модель блока тиристора со схемой управления Следует отметить, что в библиотеке Simulink отсутствует модель симметричного управляемого вентиля. Для его реализации использованы также средства Matlab, Simulink и имеющиеся, в данном пакете (toolbox).

В модели учтены следующие особенности тиристоров:

1. Тиристор переходит в открытое состояние с помощью управляющего сигнала, подаваемого на управляющий электрод.

2. Тиристор переходит в закрытое состояние самопроизвольно при переходе тока через ноль.

При моделировании тиристоров сделаны следующие допущения:

а) Переход из открытого состояния в закрытое и наоборот происходит мгновенно.

б) Сопротивления тиристоров в открытом и закрытом состояниях представлены постоянными величинами.

В моделях тиристоров заложен алгоритм управления углом их открывания.

Таким образом, регулируя угол, можно исследовать зависимость частотного спектра от времени запаздывания при открывании тиристоров.

Время включения тиристоров определялось, исходя из запаздывания перехода фазного тока (тока через реакторы) на 90°от фазного напряжения. Идеальное время включения тиристоров в регулирующей схеме обеспечивает коммутацию, при которой в переходном процессе отсутствует свободная составляющая тока (другими словами, в момент коммутации принужденная составляющая тока должна переходить через ноль).

Модель содержит измерительные блоки (аналоги трансформаторов тока и напряжения) выходные сигналы которых поступают на осциллограф (Scope).

Здесь сигналы анализируются визуально, а также данные, поступившие в осциллограф, передаются на анализатор спектра. В анализаторе спектра с помощью быстрого преобразования Фурье исследуется наличие высших гармоник и их величина.

В моделируемой схеме содержаться элементы (тиристоры) которые плавно переходит из одного состояния в другой.

Модель РИРМ содержит блока конденсаторных батарей рис. 10.

Рис. 10 Модель блока конденсаторных батарей Модель конденсаторных батарей содержит трехфазный источник напряжения Three-Phase Source, схема замещения которого состоит из трех источников ЭДС, сдвинутых по фазе друг относительно друга на угол 120 и активных внутренних и реактивных сопротивлений.

Конденсаторные батареи соединены в треугольник, параллельно которым включены резисторы, служащие для разряда емкостей при отключении БК. На схеме рис. 10 они обозначены (Rсa, Rсb, Rсc). Конденсаторная батарея подключена через токоограничивающие реакторы (Lo), обозначенные на схеме как La, Lb, Lc. Управляемые тиристоры (Thyristor_a, Thyristor_b) находятся в фазах А и В. Схема также содержит измерительные трансформаторы тока, измеряющие линейные токи (А1, А2, А3), и измерительные трансформаторы напряжения V1, V2, V3, измеряющие соответственно линейные напряжения Uab, Ubc, Uca.

Разработана математического модель регулируемой часть источника реактивной мощности, основанная на метода переменных состояний, использующая основные соотношения теоретических основ электротехники.

В схеме замещения блока регулируемой части источника реактивной мощности (рис. 11) отражены основные элементы, изменения величины которых позволяют настраивать модель в соответствии с режимом питающей сети.

Математическая модель включает численное решение дифференциальных уравнений вида: X = Ax+ Bu Y = Cx+ Du, где A, B, матрицы, состоящие из коэффициентов уравнений:

diab Rab + Ra + Rb Rb Ra Ea Eb UTab = - iab + ibc + ica + - dt Lab Lab Lab Lab Lab Lab dibc Rb Rbc + Rb + Rc Rc Eb Ec UTbc =.iab -.ibc + ica + - - dt Lbc Lbc Lbc Lbc Lbc Lbc dica Ra Rc Rca + Rc + Ra Ec Ea UTca =.iab +.ibc - ica + - -.

dt Lca Lca Lca Lca Lca Lca Рис. 11 Схема замещения модели блока регулируемой части ИРМ В третьей главе разработана цифровая система управления (ЦСУ) вентильными преобразователями для обеспечения работы регулируемого источника реактивной мощности (рис. 12) в соответствии с изменением графика нагрузки в системе электроснабжения.

ЦСУ вырабатывает в цифровой форме код фазы управляющих импульсов тиристоров и затем преобразует его в фазу управляющих импульсов.

В ЦСУ используется линейная форма опорного сигнала.

Цифровая схема сравнения (ЦСС) фиксирует поразрядное равенство управляющего и опорного кодов. При этом на выходе ЦСС формируется единичный логический сигнал. Этот сигнал поступает на управляющий электрод тиристора VS2. Входной сигнал, получаемый при подключении системы к трехфазной сети, представлен на рис. 13.

XFG1 UDCD_HEX U44A 1 DRUU45A 14 INA QA U46A 1 INB QB QC 2 3 R01 QD R02 U50A U5A VS2_U43A U7A U61 U8A UU35 UU10A VCC 5V VCC XSCDG URT 69 RVS1_C1k V4 A B C D 12 V 1k V0 U11 XSC1 V DV0 G 12 V T V13 DCD_HEX A B C D 0.5 V U51A VCC DR5V UVCC U52A 31 VS1_C2 90 14 INA QA 91 1 INB QB QC U53A U41 DRR01 QD 652 U59B RU_INR86 U54A XSC1k VU13A 17 12 V 11 1k G 0 V7 T DU49A 2 V V10 A B C D 12 V R8 U_INVCC 1k 5V VS2_VCC U20A UD11 URU21A 5V 101 R13 VCC VS1_C3 1k VUR12 V 1k 1k VU22A 3 V D12 49 UV12 V 0 Key = A U23A 68 Key = B UDCD_HEX U55A DRU28 U56A 94 14 INA QA 95 1 76 INB QB QC U57A R01 QD 742 RU29A U58A U47A VS2_U33A UU34A UU35A 22 UU36A Рис. 12 Цифровая система управления РИРМ Рис. 13. Входной сигнал системы управления (U=10 В) При помощи ключей (key_A, key_B), рис. 12, задается код управления (в десятичной системе 2), что соответствует углу управления:

180 (16 - N) = 6 = 67.5o, 16 где N – десятичное число, соответствующее 4-х разрядному коду управления.

На положительной полуволне питающего напряжения вычитающий счетчик формирует опорный код. Схема сравнения поразрядно сравнивает опорный код с преобразованным 4-х разрядным кодом управления. В момент их равенства на выходе формируется импульс. На рис. 14 представлена осциллограмма управляющих импульсов силовых вентилей 3–х фазной системы. При этом импульсы, вырабатываемые для каждой из фаз, имеют одинаковую амплитуду.

Рис. 14. Управляющие импульсы, соответствующие углу управления в 67.50 градусов (задающий двоичный цифровой код – 10) Таким образом, получены 4 ступени регулирования (соответствует углу открытия тиристора VS2) от –25 квар до 0 квар при отсутствии конденсаторной установки; от 0 квар до 25 квар при подключении одной ступени конденсаторной установки (C1); от 25 квар до 50 квар при подключении двух ступеней (С1, С2);

от 50 квар до 75 квар при подключении трех конденсаторных установках (C1, Cи C3).

При таком алгоритме включений реакторов и конденсаторов получено 16-ти ступенчатое регулирование, что можно считать практически плавным регулированием реактивной мощности нагрузки в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Разработанная ЦСУ РИРМ предполагает, что их переключение в сторону увеличения реактивной мощности должно происходить, если генератор импульса (эталонной частоты) даст сигнал в (–1) В, и соответственно уменьшение реактивной мощности будет происходить при сигнале (+1) В.

Таким образом, в ЦСУ осуществляется регулирование напряжения на ±1 %.

В четвертой главе представлены результаты исследования характеристик работы РИРМ. На рис. 15. приведены осциллограмы линейных напряжений, фазных и линейных токов при подключении к сети только блока модели регулируемой части РИРМ (рис. 8). Из осцилограммы видно, что в первый момент времени происходит задержка включения тиристоров, а при изменении угла открывания тиристоров изменяется форма тока, что свидетельствует о появлении высших гармоник. Результаты анализа показали, что наличие высших гармоник в линейных токах не превышает допустимых значений по ГОСТ 1310997 в самых неблагоприятных режимах. Следует отметить, что высшие гармоники при идеальном включении тиристоров отсутствуют.

Рис. 15 Осциллограмы линейных напряжений, фазных и линейных токов при подключении к сети блока модели регулируемой части РИРМ На рис. 16 представлены осциллограммы тех же параметров, но при задержке включения тиристоров на одну миллисекунду с целью проверки отсутствия гармоник.

Рис. 16 Осциллограмы фазных напряжений, фазных и линейных токов при задержках включения тиристоров и появлении высших гармоник Из рис. 17 слудует, что при вклюении тиристора через 0.002 с высшая гармоника в сети промышленных предприятий отсутствует.

Рис. 17 Зависимость тока от времени включения тиристоров при t = 0.002 с Результаты исследований показали, что при подключении всех блоков модели РИРМ гармоники в сети отсутствуют, но в первый момент времени возможны резонансы токов и напряжений. С целью их исключения необходимо подобрать параметры токоограничивающих реакторов La, Lb, Lc. Для этого целью в модели использован блок Impedance Measurement, позволяющий изменять параметры модели рис. 18.

Рис. 18. Осциллограммы линейных напряжений и токов модели РИРМ Работа модели РИРМ была проверена на переменном графике нагрузки одного из участков систем электроснабжения промышленного предприятия (ОАО «Автокран», г. Иваново).

Анализ графика нагрузки, приведенного на рис. 19, показал, что реактивная мощность носит индуктивный характер. Величина потребляемой реактивной мощности за одну смену изменялась от 7 до 29,6 квар.

Рис. 19. График узла нагрузки до компенсации реактивной мощности При подключении к сети РИРМ мощностью 75 квар на напряжение 380 В потребление реактивной мощности уменьшилось на 25 квар при максимальной нагрузке 29, 6 квар, что соответствует автоматическому подключению четырех ступеней ИРМ, каждая из которых 6, 25 квар. При минимальной нагрузке (7,квар) автоматически подключается лишь одна ступень, это следует из графика рис. 20. Результаты исследования показали, что параметры РИРМ выбраны правильно.

Время Q до КУ Q После КУ Рис. 20. График узла нагрузки до и после установки источника реактивной мощности Следует отметить, что в процессе моделирования блок ЦСУ не был смоделирован вместе с источником реактивной мощности, так как ЦСУ моделировалась в программе NI Multisim 10, не совместимой с комплексом MATLAB и Simulink. Поэтому, для достоверности работы РИРМ исследовалась каждая точка нагрузки в отдельности в программе MATLAB и Simulink без использования ее системы управления. То есть достоверность работы модели РИРМ подтверждается изменением реактивной мощности нагрузки только для одного принятого ее значения (рис. 21).

Рис. 21 Графики изменения напряжений, токов и реактивной мощности при подключении одной ступени источника реактивной мощности Реактивная Мощность, Квар :0:

0:

0:

0:

0:

30:

10:

50:

30:

10:

8:

9:

9:

10:

11:

11:

12:

13:

13:

14:

15:

Основные выводы и результаты 1. Показано, что в настоящее время в Ираке идет интенсивное восстановление и строительство промышленных предприятий с использованием современных эффективных технологий и нового электрооборудования. Одними из главных требований к системам электроснабжения промышленных предприятий являются:

- обеспечение качества электроэнергии потребителям;

- экономичность (снижение потерь мощности и электроэнергии).

- правильный выбор типа, мощности, место установки и режима работы источников реактивной мощности в сете промышленных предприятии позволит указанные требования.

2. Исследованы схемы различных источников реактивной мощности для систем электроснабжения промышленных предприятий Ирака и выбрана схема регулируемого источника реактивной мощности, позволяющего осуществлять плавное регулирование реактивной мощности нагрузки и обладающего быстродействием.

3. Разработана математическая модель регулируемого источника реактивной мощности, основанная на использовании метода переменных состояний.

4. Разработана модель регулируемого источника реактивной мощности с использованием средств Мatlab, Simulink, и toolbox Sim Power Systems, позволяющая проводить исследования его режимов работы в системах электроснабжения промышленных предприятий с переменной нагрузкой.

5. Разработаны структурная схема и модель цифровой системы управления источника реактивной мощности, позволяющие обеспечить быстродействие компенсации реактивной мощности изменяющейся нагрузки в системе электроснабжения промышленного предприятия.

6. Исследованы режимы работы отдельных блоков модели регулируемого источника реактивной мощности. Выявлены особенности электромагнитных явлении, возникающих при коммутации тиристоров (генерация высших гармоник, резонансные явления в электрической сети), позволяющие настроить модель в соответствии с требованиями к качеству электрической энергии.

7. Исследованы различные режимы работы источника реактивной мощности на полученной модели с целью настройки цифровой системы управления при различных изменяющихся графиках нагрузок промышленных потребителей электрической энергии.

8. Достоверность работы модели регулируемого источника реактивной мощности подтверждена путем имитационного моделирования реального графика нагрузки в системе Мatlab, Simulink, toolbox Sim Power Systems, а так же в программе NI Multisim 10.

Pages:     | 1 || 3 |






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