WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Преобразователь напряжения компенсатора может иметь различное схемотехническое исполнение в зависимости от его мощности, а также напряжения сети, к которой он подключен. Исходя из анализа принципов построения различных видов устройств компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник тока, наиболее эффективными способами являются способы, основанные на методе формирования токов заданной формы 4-х квадрантным преобразователем напряжения с конденсаторным накопителем на стороне постоянного тока.

Выбора топологии силовой схемы осуществляется путем проведения их сравнения зависимости от мощности для различных вариантов использования в ЭЭС существующих судов и кораблей от 1 МВА до МВА. Анализ потерь мощности в этих схемах показывает, что они существенно различаются при выполнении функций компенсации реактивной мощности и активной фильтрации гармоник тока. Поэтому было предложено использовать сочетание в одном устройстве двух силовых схем одновременно для компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник тока с общей системой управления.

АФ Рис. 3. Предлагаемая структурная схема КНМ на базе 4-х квадрантного преобразователя напряжения К преимуществам данной схемы можно отнести:

• Существенное снижение потери мощности в устройстве. Это объясняется тем, что потеря мощности на ключах пропорционально зависит от произведения тока на ключах и частоты коммутации.

Мощность высших гармоник тока существенно ниже, чем реактивная мощность, поэтому можно выбрать адекватные функциям схем типы ключей.

• Снижение стоимости. Это обусловлено тем, что с применением объединенной схемы, можно выбрать ключи на большие мощности с низкой частотой коммутации для компенсатора реактивной мощности, а на меньшие мощности с высокочастотной коммутацией для АФ.

Принципы действия АФ и КРМ одинаковы, но поскольку АФ работает с высшими гармониками, поэтому выбор силовой схемы основывается на анализе и критериях топологических схем силовой части АФ. Эффективности использования силовых схем АФ сравниваются по следующим критериям: использование ключёвых элементов, возможности управления ключами, синусоидальность генерируемого напряжения и тока, эффективность стабилизации напряжения (тока) на стороне постоянного тока преобразователя и эффективность использования различных типов накопителей.

Анализ дает следующие результаты:

• Компенсаторы неактивной мощности менее 10МВА могут быть успешно реализованы на основе трехфазных двухуровневых схем.

• При компенсации неактивной мощности на больших напряжениях, целесообразно использовать трехфазные трехуровневые схемы.

• Для устройств компенсации большой неактивной мощности (>10MВА) предпочтительней использовать схему с “H”топологией.

• Для схем компенсации неактивной мощности в трехфазных сетях с напряжением свыше 1000В и низкочастотным спектром гармоник тока может быть успешно применен метод их избирательного исключения.

Исходя из проведенного анализа, выбрана схема устройства компенсации неактивной мощности, представленная на рис. 4:

Рис. 4. Принципиальная схема устройства КНМ с системой управления В результате последних достижений в технологии производства мощных полупроводниковых переключающих приборов выявили три типа ключевых элементов: GTO-, IGCT-тиристоры и IGBT-транзисторы. Каждый тип ключей имеет свои достоинства и недостатки, выбор которых в основном зависит от типа решаемых задач. Рекомендация по их применению, согласно результатам анализа, представлена в табл. 2, а диапазон их применения изображен в табл. 3.

Таблица Типы Области применения Электропривод; статические компенсаторы; реактивные GTO мощности; системы бесперебойного питания; индукционные печи Мощные источники питания (инверторная и выпрямительная подстанции линий передач постоянного тока); электропривод IGCT (инверторы напряжения для преобразователей частоты и электроприводов различного назначения) Электропривод (чопперы); системы бесперебойного питания;

IGBT статические компенсаторы и активные фильтры; ключевые источники питания Таблица Диапазон рабочего тока, Диапазон рабочего Тип кА Напряжения, кВ GTO 36 2,73,IGCT 24 1,72,IGBT 13 1,21,При расчёте и выборе параметров силовых компонентов КНМ необходимо определить требования к его энергетическим характеристикам.

Энергетические характеристики данного устройства определяются следующими параметрами: напряжение сети, к которой подключается КНМ, параметры преобразователя ВРК, включая в нем трансформатор связи (повышающий трансформатор), требуемая величина пускового момента гребного двигателя и требуемое время пуска (если необходимо), допустимый коэффициент гармонических искажений напряжения и тока в точке подключения компенсатора и сопротивление питающей сети.

Результатом расчёта являются следующие параметры силовых элементов компенсатора неактивной мощности для пропульсивного комплекса с ВРК:

• параметры силовых полупроводниковых ключевых элементов:

тип ключевых элементов, класс напряжения и тока, частота коммутации; величина тепловых потерь в ключевых элементах в пусковом и статическом режимах работы и параметры системы охлаждения ключа; температура кристалла ключевого элемента в пусковом и статическом режимах работы.

• параметры накопителя электроэнергии на стороне постоянного тока компенсатора: тип накопителя; максимальное и номинальное рабочее напряжение; энергоёмкость; величина пульсаций напряжения на накопителе.

• параметры дросселей фильтров на стороне переменного тока компенсатора: индуктивность; величина падения напряжения на дросселе основной и модуляционной гармоник в пусковом и статическом режимах работы; потери мощности в дросселе.

В третьей главе описаны принципы управления процессами компенсации реактивной мощности и подавления высших гармоник тока. На этих принципах разработан алгоритм и создана система управления устройством компенсации реактивной и искажающей мощностей на основе микропроцессора.

Универсальный метод управления неактивной мощностью основан на применении теории мгновенной мощности. Суть этого метода заключается в преобразовании трехфазной системы тока и напряжения в двухфазную систему неподвижных координат.

Функционально система управления компенсатора неактивной мощности для пропульсивного комплекса с ВРК разделена на две системы, каждая из которых, в свою очередь, подразделена на две подсистемы.

Задачами этих подсистем являются вычисление значений активной и реактивной составляющих мощности, которые компенсатор должен генерировать в сеть для компенсации активной и реактивной мощности нагрузки управление переключением ключевых элементов преобразователя напряжения для создания заданного потока мощности. Преимуществом использования теории «мгновенной мощности» является отсутствие необходимости использования системы синхронизации сигналов токов задания компенсатора с напряжением сети, так как это осуществляется автоматически, что обеспечивает хорошее качество управления мощностью компенсатора в динамических режимах работы. Это особенно важно при работе с сетью ограниченной мощности, когда изменение мощности компенсатора приводит к изменению фазы напряжения сети в точке подключения.

Основанием теории «мгновенной мощности» является вычисление мощности нагрузки с применением токов и напряжений нагрузки в стационарной ортогональной системе координат. Переход к этой системе координат от трехфазной системы координат осуществляется посредством преобразования Кларка (abc- преобразование):

1 1 - 2 i (t) ia (t) i (t) = 23 3 i (t) 0 - (01) b 32 io(t) ic(t) 1 1 2 2 1 1 - 2 u (t) ua (t) u (t) = 23 3 u (t) 0 - (02) b 32 uo (t) uc(t) 1 1 2 2 где i (t), i (t) и io(t) - проекции пространственного вектора тока на оси двухфазной стационарной системы координат и нулевого провода, ia (t), ib (t), ic(t) - проекции пространственного вектора тока на оси трёхфазной системы координат.

Одной из особенностей судовых и корабельных ЭЭС является отсутствие нулевого провода. С учетом этой особенности, вводятся понятия действительной p(t) и мнимой q(t) мгновенных мощностей в - координатах:

p(t) u (t) u (t) i (t) = (03) -u (t) u (t) i (t) q(t) Недостатком непосредственного использования переменных u, u в операции вычисления токов задания является низкая помехоустойчивость этой системы управления, так как при прохождении случайного импульса по каналу получения информации относительно напряжения сети будет неправильно рассчитан ток задания компенсатора.

Эффективность данного метода повышается, если вместо u, u используются единичные синхронизированные сигналы, поэтому система становится устойчивой к помехам в канале измерения напряжения сети. Этот метод известен как метод синхронных dq-координат эталонных единичных сигналов. Метод основан на прямом и обратном преобразовании ПаркаГорева. Прямое преобразование (04) заключается в нахождении проекций обобщенного вектора тока или напряжения на оси ортогональной системы координат, вращающейся синхронно с вектором напряжения сети:

id i cos sin = (04) i i ;

-sin cos q где = t - значение угла поворота вращающейся системы координат с частотой.

Переменные составляющие проекций id и iq (i d, i q ) соответствуют высшим гармоническим составляющим и обратной последовательности токов. Для выделения постоянных составляющих, несущих информацию об активной и реактивной мощности, и также выделения высших гармоник применяются фильтры низких частот (ФНЧ), как в методе «мгновенной мощности».

Обратное преобразование Парка-Горева осуществляется по формуле:

i id cos -sin = (05) i i sin cos q Таким образом, если к трехфазной системе тока сначала применить прямое преобразование Кларка, а затем прямое преобразование ПаркаГорева, то постоянные составляющие проекций на оси d - q соответствуют составляющим тока синхронной частоты.

Преимуществом данного метода по сравнению с теорией «мгновенной мощности» является возможность оперирования непосредственно активными и реактивными составляющими тока и напряжения, а не некими мгновенными мощностями, возможность использования эталонных сигналов при вычислении токов задания компенсатора, а также наличием фильтров низких частот, которые значительно ослабляют возможные импульсные помехи в канале измерения токов. Недостатком этого метода является необходимость синхронизации с напряжением сети эталонных единичных сигналов ( cos и sin ).

Для КРМ работающего с одной, основной, гармоникой предпочтительно применять метод сравнения с «шаблоном», где сравниваются токи задания и их текущие значения в dq-координатах. Для активной фильтрации ток задания может быть получен выделением высших гармоник тока из тока сети. Эта операция также осуществляется в синхронной системе координат. Управление в данной работе осуществляется наиболее простым способом, называемым слежением за заданным значением посредством гистерезисного контроллера. С него поступают сигналы на формирователь импульсов управления силовыми ключами. При этом форма задающего сигнала и его частотный спектр могут изменяться в широких пределах. Недостатком этого метода является переменная частота ШИМ.

Однако для устранения этого недостатка разработаны различные методы, которые в настоящей работе не рассматриваются.

Для ограничения кратковременного увеличения напряжения на накопителе в стороне постоянного тока, предполагается реактор с небольшой индуктивностью, соединяющий между двумя накопителями.

Рис. 5. Система управления КНМ для пропульсивного комплекса с ВРК В четвертой главе описаны компьютерная модель и физический макет компенсатора неактивной мощности и приведены результаты моделирования и осциллограммы работы физического макета.

При создании компьютерной модели был выбран наиболее перспективный программный комплекс моделирования Simulink, который является популярным при моделировании электрических систем. В компьютерной модели компенсатора неактивной мощности содержатся следующие элементы: КРМ и его система управления, АФ с системой управления, сеть электроснабжения, представленная в виде источника напряжения и активно-индуктивного сопротивления и пропульсивный комплекс с ВРК в статическом режиме, представленный как нелинейная статическая нагрузка.

На рис. 6 показаны графики моделирования пропульсивного комплекса, номинальной мощностью 2 МВА, с применением компенсационного устройства. На рисунке показаны: а) токи нагрузки, б) токи КНМ, равные сумме реактивных составляющих токов и высших гармоник токов нагрузки, в) токи сети, которые уменьшаются в момент включения КНМ, благодаря подавлению неактивных составляющих токов.

Максимальное значение тока сети в процессе пуска составляет 2200А. Время пуска составляет 0,1 с (приблизительно в 5 периодов), г) напряжение сети (это также и есть напряжение нагрузки).

Iн -а IКРМ -б IАФ -в Iс -г Uc -0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.д t, сек Рис. 6. Осциллограммы тока и напряжения моделирования пропульсивного комплекса с ВРК в статическом режиме.

а – токи нагрузки, б – токи компенсатора неактивной мощности, в – токи сети, г – напряжение питающей сети.

Самый тяжелый режим работы пропульсивного комплекса является режим снижения мощности до 10% от номинального значения, при этом, = 0.2 – 0.3. В то же время следует отметить, что в данном случае характеристики устройства компенсации неактивной мощности остаются удовлетворительными (рис. 7), несмотря на то, что система управления в этом режиме работает на пределе своих возможностей из-за значительного снижения напряжения на накопительном конденсаторе.

Iн а IКНМ б Iс в Uc г t, сек Рис. 7. Осциллограммы тока и напряжения моделирования пропульсивного комплекса с ВРК в режиме снижения мощности.

а – токи нагрузки, б – токи компенсатора неактивной мощности, в – токи сети, г – напряжение питающей сети.

Результаты проведённого моделирования подтверждают верность выведенных расчётных соотношений для определения электроэнергетических параметров устройства компенсации реактивной и искажающей мощностей для пропульсивного комплекса с ВРК.

Были сделаны следующие выводы:

• Принятые схемотехнические решения для устройства неактивной мощности позволяют обеспечить электроснабжение ВРК с коэффициентом мощности, близким к единице в широком диапазоне изменения полной мощности нагрузки.

• Высшие гармоники, обусловленные нелинейностью ВРК, могут быть снижены посредством методов и средств, принятых в работе, до уровня допустимых ГОСТ.

Pages:     | 1 || 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.