Управление энергосберегающими полупроводниковыми преобразователями В. Г. Титов, А. С. Плехов, К. А. Бинда, Д. Ю. Титов



Скачать 79.88 Kb.
Дата06.06.2016
Размер79.88 Kb.
Управление энергосберегающими полупроводниковыми преобразователями

В.Г. Титов, А.С. Плехов, К.А. Бинда, Д.Ю. Титов

Приоритетом энергетической стратегии является энергосбережение при электропотреблении. Актуальны мероприятия по уменьшению потерь активной мощности в системе электроснабжения, включая узлы нагрузки предприятий, увеличению ее пропускной способности за счет генерации реактивной мощности компенсационными выпрямителями, синхронными двигателями, применению возбудителей с компенсационными выпрямителями [1-5]. Для этого целесообразно использовать активные компенсационные выпрямители/инверторы (АКВ) [5-7] в двухзвенных преобразователях частоты (ДПЧ) регулируемых электроприводов переменного тока. Добавление функции компенсации неактивных составляющих потребляемой мощности увеличивает стоимость преобразователей, однако эффект энергосбережения позволяет быстро окупить их удорожание [8].

Выбор каналов управления зависит от схемного решения ДПЧ, которое определяется диапазоном регулирования скорости и момента приводного двигателя, требованиями к быстродействию и точности привода. Авторами предложены технические решения содержащие:

- АКВ с искусственной коммутацией всех ключевых приборов и автономный инвертор тока с управляемой частотой коммутации вентилей;

- АКВ с искусственной коммутацией всех вентилей и автономный инвертор тока с широтно-импульсной модуляцией на интервалах проводимости ключей;

- АКВ с естественной и искусственной коммутацией вентилей соответственно анодной и катодной групп мостовой схемы и автономный инвертор тока с управляемой частотой коммутации вентилей.

Принципиальная схема ДПЧ с АКВ, в котором реализуются все три способа управления приведена на рис.1.

Рис. 1. - Принципиальная схема двухзвенного преобразователя частоты с компенсационным преобразователем

В силовой цепи преобразователя последовательно включены АКВ на полностью управляемых вентилях VS1-VS6, являющийся активным выпрямителем тока, сглаживающий реактор в цепи выпрямленного тока Ld , автономный инвертор тока на тиристорах VS7..VS12 и выходной фильтр C4-C6. Силовые полупроводниковые переключающие элементы выпрямителя и инвертора, обладают полной управляемостью и односторонней проводимостью тока. Напряжение и ток конденсаторов малой емкости С13, включенных на входе компенсационного преобразователя, используются в качестве информационных параметров системы управления потоками реактивной мощности между узлом нагрузки и компенсационным выпрямителем, построенной на основе обработки векторных сигналов Uc и Ic. В свою очередь, потоки реактивной мощности зависят от режима управления вентилями компенсационного выпрямителя [9,10].

АКВ по предложенным схемам позволяют управлять как активной мощностью на выходе, так и реактивной мощностью, генерируемой преобразователями в целях обеспечения электромагнитной совместимости. Поэтому актуальной является задача использования резервов установленной мощности АКВ для осуществления указанных функций.

Однако, при синтезе алгоритмов формировании сигналов αи, αе, следует соблюдать баланс между потребляемой и генерируемой мощностью и установленной мощностью компенсационного преобразователя.

При неизменной величине напряжения сети



,

где , значение выпрямленного напряжения  как и действующее значение  в узле нагрузки, то есть. на входе преобразователя, полностью определяются углами управления αи и αе, поскольку  и  связаны известными соотношениями:





.

От взаимного расположения и величины векторов  и  зависит и вектор тока, потребляемого преобразователем из сети с первой гармоникой .

Фазовый угол потребляемого тока зависит от соотношения амплитуд и фазовых углов токов, притекающих к емкостным элементам С1-С3 со стороны сети и со стороны активного выпрямителя. Варьируя с помощью системы управления компенсационным преобразователем параметрами основной гармоники переменного тока через емкостные элементы С1-С3 можно обеспечить потребление из сети необходимого тока с заданным фазовым углом. Иными словами, можно обеспечить работу преобразователя частоты с заданным значением коэффициента мощности, например равным единице, либо "опережающим", либо "отстающим" коэффициентом мощности.

Приведенные соображения иллюстрируют векторные диаграммы на рис.2, которые содержат векторы падения напряжений на эквивалентных активных и реактивных элементах источника питания Zэ. Эти элементы эквиваленты совокупным параметрам индуктивных сопротивлений рассеяния, активных сопротивлений первичной и вторичной обмоток трансформатора и линий (токопровода): X1, R1; X2, R2; Xл, Rл.

Из приведенных диаграмм следует, что управляя током I(1)d – потребляемым АКВ из сети, можно изменять как коэффициент мощности в узле нагрузки, так и напряжение в этом узле Uу.н..

Рис. 2. - Векторные диаграммы токов и напряжений элементов схемы узла нагрузки с компенсационным преобразователем в режимах генерации: а) реактивная мощность индуктивного характера; б) полностью скомпенсированная реактивная мощность; в) реактивная мощность емкостного характера.

Согласно предложенным методам управления компенсационными преобразователями авторами были разработаны имитационные модели преобразователей в пакете MATLAB Simulink.

В ходе исследования модели АКВ с раздельным управлением вентилей анодной и катодной групп были получены значения токов в сети при разных углах управления преобразователем. По этим данным рассчитаны гармонические искажения тока в питающей сети, а так же активные и реактивные составляющие потребляемой преобразователем мощности (рис.3). Использованием метода спектрального моделирования с применением метода множественной регрессии, получены математические выражения составляющих полной мощности активного компенсационного преобразователя.



= a0 + a1*X1 + a2*X2 + a3*X1*X2 + a4*X12 + a5*X22 ,

где X1 – угол управления компенсационным преобразователем αе ;



X2 – угол управления компенсационным преобразователем αи ;



Рис. 3. – Коэффициент мощности и составляющие полной мощности в о. е. при разных углах управления преобразователем, где P*- активная мощность в о.е., Q*- реактивная мощность в о.е., T*- мощность искажения в о.е.



Коэффициенты регрессии приведены в таблице 1.

Таблица 1

Коэффициенты математических зависимостей составляющих мощностей




P*=

Q*=

T*=

а0

9.5939e-001

3.6890e-002

2.4027e-001

а1

-2.1659e-004

-6.9505e-003

3.8454e-003

а2

-1.3010e-003

9.2340e-003

4.3031e-003

а3

3.4385e-005

-3.0093e-006

-7.5451e-006

а4

-3.5789e-005

9.8183e-006

1.9220e-007

а5

-4.1419e-005

-2.7432e-005

-3.5358e-006

При этом установленная мощность АКВ определяется:



.

Вычислительные задачи авторами решены при использовании итерационных алгоритмов.



Литература:


  1. Чивенков, А.И. Расширение функциональных возможностей инвертора напряжения систем интеграции возобновляемых источников энергии и промышленной сети [Электронный ресурс] / А.И. Чивенков, В.И. Гребенщиков, А.П. Антропов, Е.А. Михайличенко // «Инженерный вестник Дона», 2013. №1. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1564 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.

  2. Кочкин В.И., Применение гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока в энергосистемах/ Кочкин В.И., Шакарян Ю.Г//.-М.: ТОРУС ПРЕСС, 2011.- 312с.: ил.

  3. Кондратьева Н.П. Инновационные энергосберегающие электроустановки для предприятий АПК Удмуртской Республики. [Электронный ресурс] / Н.П.Кондратьева, С.И.Юран, И.Р.Владыкин, Е.А. Козырева, И.В.Решетникова, В.А.Баженов, В.М.Литвинова //«Инженерный вестник Дона», 2013. №2. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1632 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.

4. Zheng W., A Current-Source-Converter-Based High-Power High-Speed PMSM Drive With 420-Hz Switching Frequency/ Zheng Wang, Bin Wu, Dewei Xu, Navid Reza Zargari // IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 59, NO. 7, JULY 2012 pp 2970-2981

5. Зайцев А.И. Применение компенсационных преобразователей в целях энергосбережения / А.И. Зайцев, А.С. Плехов // Электротехнические комплексы и системы управления. Воронеж, 2010. №4(20). с.38-44.

6.Плехов А.С. Применение компенсационных выпрямителей для питания системы возбуждения синхронных двигателей / Электротехнические комплексы и системы управления. Воронеж, 2008. №3(11). с.36-36.

7.Титов В.Г. Возможности применения компенсационных преобразователей в звене постоянного тока электроприводов на основе автономного инвертора тока / В.Г. Титов, А.И. Зайцев, А.С. Плехов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.3: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 4, с.23-35.

8.Плехов А.С. Энергосберегающие полупроводниковые источники реактивной мощности / А. С. Плехов, В.Г. Титов, Б.Ю. Алтунин, А.О. Кашканов // Промышленная энергетика. - 2012. - № 5. - С. 47-51.

9.Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.



10.Salo M. A New Control System With a Control Delay Compensation for a Current-Source Active Power Filter / Salo M, Tuusa H. // IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 52, no. 6, december 2005 pp 1616-1624.
Каталог: uploads -> article -> doc
doc -> Экономическая оценка эффективности поэтапного развития тыловых контейнерных терминалов
doc -> Повышение качества изображений, полученных в условиях недостаточной освещенности
doc -> Инженерный вестник Дона, №4 (2015)
doc -> Результаты исследования малогабаритной энергосберегающей зерноплющилки для фермерского хозяйства Е. Г. Рылякин
doc -> Энергосберегающие технологии в строительстве
doc -> Взаимосвязь концепций послевоенного восстановления Председателя Комитета по делам архитектуры А. Г. Мордвинова, академика архитектуры В. Н. Семёнова
doc -> Градостроительство Ростова-на-Дону в 1920-е гг. – концепции и реализация А. Г. Токарев иархи юфу, Ростов-на-Дону
doc -> Инженерный вестник Дона, №1(2015)
doc -> О возможности снижения электросопротивления вставок троллейбусов
doc -> Инженерный вестник Дона, №4 (2015)


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница