И А Рудь - Швидкодіючий оптимальний однофазний компенсатор - страница 1

Страницы:
1 

2.Рудь И.А. Расчет надежности технических систем с мостовым соединением эле­ментов // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып.20. - К.: Техніка, 1999. - С.37-42.

3.Гавриленко И.А., Передерий Т.С., Самойленко Н.И. Повышение надежности функционирования магистрального трубопровода // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып.72. - К.: Техніка, 2006. - С.193-200.

Получено 20.03.2007

 

УДК 621.3.016.45

В.М.КОВАЛЬОВ, канд. техн. наук, В.М.ГАРЯЖА, Д.О.БІЛОХА

Харківська національна академія міського господарства

ШВИДКОДІЮЧИЙ ОПТИМАЛЬНИЙ ОДНОФАЗНИЙ КОМПЕНСАТОР

Розглядаються питання швидкодіючої компенсації реактивної потужності в мере­жах з несинусоїдальними режимами шляхом застосування тиристорних компенсаторів реактивної потужності. Представлений удосконалений принцип керування тиристорним компенсатором.

З метою компенсації реактивної потужності швидкозмінного на­вантаження в світі широко застосовуються тиристорні компенсатори реактивної потужності (ТКРП). Основною перевагою ТКРП над тра­диційними засобами компенсації є можливість швидкої та плавної змі­ни генерованої чи споживаної реактивної потужності. Елементом, що забезпечує швидке і плавне регулювання, є фазокерований реактор (ФР), схема якого - це послідовне з'єднання реактора та двонапрямле-ного тиристорного ключа (рис.1). Регулювання реактивної потужності ФР здійснюється шляхом зміни кута керування тиристорів системою керування (СК).

У сучасних електричних мережах, для яких характерні швидко­змінні навантаження типу дугових сталеплавильних печей, тиристор-



СКних перетворювачів електроприводу, установок дугового зварювання і т.ін., високої актуальності набуває задача підвищення динамічних ха­рактеристик ТКРП в несинусоїдальних режимах споживання електро­енергії. Основою розвитку ТКРП у даному напрямі слід визнати удо­сконалення принципів побудови системи керування.

Багато робіт, наприклад [1-4], присвячено розробці принципів ке­рування ТКРП на основі виділення тим чи іншим способом сигналу першої гармоніки струму з подальшим визначенням кута керування тиристорами на основі формули [5], що пов'язує амплітуду реактивно­го струму першої гармоніки ФР з кутом керування тиристорів.

 


(1)

 

де Іщах =U/(coL) - струм, що протікає в реакторі з індуктивністю L під дією напруги мережі амплітудою U з кутовою частотою со; а - кут відкривання тиристорів.

Якщо розглядати однофазний ФР, то очевидно, що сигнал керу­вання (кут відкривання тиристорів) може бути заданий не частіше ніж один раз на півперіод. Тобто, для досягнення граничної швидкодії СК ТКРП має відпрацьовувати зміну струму навантаження і відповідно змінювати кут відкривання тиристорів кожні півперіоду. Слід зазначи­ти, що в несинусоїдальному режимі при керуванні ФР на основі сигна­лу лише першої гармоніки реалізація граничної швидкодії ускладнена. Основна складність викликана необхідністю виділення сигналу реак­тивної складової першої гармоніки струму. З цією метою пропонують [1-4] використовувати фільтрацію або інтегрування добутку миттєвих значень струму на опорний сигнал, проте такий підхід не дозволяє до­сягти граничної швидкодії та високої точності компенсації, що обумо­влено неідеальністю характеристик фільтра.

У роботі [6] запропонований альтернативний підхід до принципу керування ТКРП, який ґрунтується на вирішенні задачі мінімізації фу­нкціоналу діючого значення споживаного з мережі струму, що дорів­нює сумі струмів нелінійного навантаження iR, конденсаторної части­ни ТКРП та струму ФР ^

 


(2)

 

де iM - струм споживаний навантаженням та ТКРП з мережі; іх(1;) -струм навантаження та конденсаторної частини ТКРП; Т - період першої гармоніки; ііХаД) - струм ФР, що виражається формулою

(sin rot - sin a), a<rot < л-a

iL(a,t) = |rojL                                                       . (3)

(sin rot + sin a), л + a < rot < 2л - a . roL

Проте, побудова СК ТКРП на основі принципу мінімізації функ­ціоналу (2) також не дозволяє досягти максимальної швидкодії та ви­користати всі переваги запропонованого в [6] методу оптимальної компенсації, оскільки кут керування змінюється один раз за період, а не один раз за півперіод.

Метою наших досліджень є підвищення швидкодії ТКРП до гра­ничної на основі методу оптимальної компенсації [6].

Поставлена задача зводиться до наближення заданої кривої стру­му навантаження функцією (3). Сказане можна пояснити рис.2.

При t=0,0^ напруга мережі u набуває мінімального значення (рис.2, а). У цей момент необхідно визначати кут відкривання тирис­тора ФР на другому півперіоді. Струм, споживаний з мережі, буде мі­німальним у випадку, коли миттєві значення струму ФР в кожний мо­мент часу будуть рівними за модулем і протилежними за знаком стру­му ix , тобто iL(t)= -ix(t). Оскільки в момент t=0,01c значення струму ix (рис.2, б) заздалегідь невідомі, то кут керування ФР знайдемо, виходячи з допущення, що струм ix має півхвильову симетрію, тобто ix(t)= -ix(t+T/2). Тоді задачею СК в момент t=0,01 с є знаходження такого кута керування тиристором на другому півперіоді, при якому струм ФР (рис.2, в) мінімально відхилявся б від значень, яких набував струм ix на першому півперіоді.

Оскільки метою оптимальної компенсації є зменшення діючого значення струму, що споживається з мережі, а мінімум діючого зна­чення струму відповідає мінімуму інтегралу квадрата миттєвого стру­му, то для оцінки близькості струму ФР iL до струму ix доцільно засто­совувати інтегральний квадратичний критерій. Таким чином, функціо­нал, що необхідно мінімізувати, щоб компенсація була оптимальною та мала максимальну швидкодію, на відміну від (2), має вигляд:

T/2

J2 =  j (ix(t) - iL(a,t))2dt. (4)

0

Тоді шуканий кут керування тиристора, що забезпечить мінімаль­не діюче значення суми струмів навантаження та ТКРП знайдемо, розв'язавши рівняння

0

( T/2

j (ix(t) - iL(a,t))2dt

3a

V 0

І півперіод

ІІ півперіод


(5)

 

а)

 

 

u

 

D     0.002   0.004   0.006 0.008


D.012   0.014   0.016   0.018 0.02

 

б)

 

 

і»

 

D     0.002   0.004   0.006 0.008


D.012   0.014   0.016   0.018 0.02

 


в)

 

Шляхом математичних перетворень отримаємо

T/2

0

j (ix(t) - iL(a,t))dt = 0.

roL


 

 

(6)

 

Відкинувши корінь a = п / 2 як такий, що не має фізичного зміс­ту, зробивши підстановку (3) в (6), проінтегрувавши та спростивши вираз, маємо

 

j ix (t)dt


2U

o2L


cos a +1 a


2


sin a


0


(7)

 

На основі рівняння (7) пропонується принцип керування ТКРП. Останній зводиться до зчитування інтеграла струму ix(t) в моменти досягнення напругою мережі амплітуди з послідуючим вирішенням (одним з чисельних методів або використанням пошукової таблиці) рівняння (7) та встановлення для потрібного тиристора знайденого значення кута відкривання.

Для перевірки результатів досліджень було проведено математи­чне моделювання схеми, що зображена на рис.1.

Задачею ТКРП, що складається з реактора L, конденсатора C, ти­ристорів VS1-VS2 та системи керування СК, є оптимальна компенсація струму тиристорного регулятора напруги (ТРН) на тиристорах VS3-VS4 навантаженого активним опором R.

Моделювання перехідного процесу компенсації реактивного струму виконували за розробленою в середовищі MATLAB програ­мою, яка втілює принципи моделювання вентильних схем на основі метода сигнальних графів [7]. Кожні півперіоду в моменти досягнення напругою мережі амплітудного значення на основі розрахованих зна­чень струму ix СК здійснює обчислення кута керування відповідним тиристором шляхом знаходження кореня рівняння (7) методом ділення навпіл.

Результати моделювання представлені на рис.3. Величини стру­мів представлені у відносних одиницях. Одиниці відповідає амплітуд­не значення струму навантаження ТРН iR при повністю відкритих ти­ристорах VS3-VS4.

 

 

 


 

-0.5


0 0.05


0.1


0.2 0.25

 

г)

АГ\\

J4

0                         0.05                       0.1                        0.15                       0.2 0.25

 

Рис.3 - Результати моделювання

У момент часу t1=0,07 с відбувається збільшення кута керування тиристорами ТРН. При t=t2=0,15 с кут відкривання тиристорів ТРНзменшується. Відповідно в моменти часу t1 та t2 змінюється струм на­вантаження iR (рис.3, а) та сумарний струм навантаження і конденса­тора ТКРП ix (рис.3, б). З рис.3, в видно, як СК на зміну струму наван­таження відповідає зміною кута відкривання тиристорів ФР. На рис,3 г показано струм, споживаний від джерела живлення.

З результатів моделювання випливає, що система реагує на зміну струму навантаження із запізненням на 0,01^0,015 с (залежно від мо­менту зміни струму навантаження).

Таким чином, розроблений принцип керування тиристорним ком­пенсатором з метою оптимальної компенсації струму навантаження, що відрізняється від відомого [6] вдвічі вищою швидкодією. Результа­ти математичного моделювання підтвердили, що максимальне запіз­нення запропонованого компенсатора складає півтора півперіоду (0,015 с). Результати досліджень можуть бути основою для розробки швидкодіючих оптимальних методів керування трифазними компенса­торами.

1.G.Fusco, A.Losi, M.Russo. Adaptive Voltage Regulator Design for Static VAR Systems. Control Engineering practice, No. 9, 2001.

2.Ивакин В.Н., Сысоева Н.Г., Худяков В.В. Электропередачи и вставки постоян­ного тока и статические тиристорные компенсаторы / Под ред. В.В.Худякова. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 336 с.

3.Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности: Пер. с англ. / Под ред. Р.М. Матура. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 160 с.

4.Яценко А.А., Точилин В.В., Пономарев В.А., Матюнин Ю.В. Кибернетическая модель системы пофазового управления тиристорным компенсатором реактивной мощ­ности // Известия вузов. Электромеханика. - 1987. - №8. - С.99-104.

5.Худяков В.В., Чванов В.А. Управляемый статический источник реактивной мощности // Электричество. - 1969. - №1. - С.29-35.

6.A.Exposito, F.Vazquez, C.Mitchell. Microprocessor-Based Control of an SVC for Optimal Load Compensation. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 7, No. 2, 1992. -p.706-712.

7.Ягуп В.Г. Автоматизированный расчет тиристорных схем. - Харьков: Вища шк., 1986. - 160 с.

Отримано 26.02.2007

 

УДК 621.315.66

І .М.ШШПЕНКО

ВАТ «Полтаваобленерго» В.Ф.РОЙ, д-р фіз.-матем. наук

Харківська національна академія міського господарства

ДИНАМІКА ВІДМОВ ЕЛЕМЕНТІВ ЛЕП У ПРОЦЕСІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Досліджуються причини відмов елементів повітряних ЛЕП під дією різноманітних зовнішніх факторів і пропонуються заходи щодо підвищення надійності їх функціональ-

Страницы:
1 


Похожие статьи

И А Рудь - Швидкодіючий оптимальний однофазний компенсатор