автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.05, диссертация на тему:Методы и средства повышения эффективности энергопередачи при помощи преобразователя обменной мощности

,/1

г// I ш

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ А

< ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

На правах рукописи

ВОРОТНИКОВ ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОПЕРЕДАЧИ ПРИ ПОМОЩИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ОБМЕННОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05.09.05 - Теоретическая электротехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата техническое наук

Москва - 1995 г.

Работа выполнена ■ на кафедре Теоретических основ электротехник!* Московского энергетичекого института < технического

университета )

Научный руководитель кандидат технических наук

доцэнт УКАРКОВ Ф.П.

Официальные оппоненты - доктор технических нау:с, профоесор

МАМЕДОВ Ф.А.

\

кандидат технических наук, доцент - СОЛОВЬЕВ И.Н. Ведущая-организация - ВШИ-электроэнергетики

Защита состоится /У А-¿V /УС /У^ в час на засении

диссертационного Совета К 053.16.10 Московского энергетического института по адресу: Москва, ул. Красноказарменная 14, корпус ,

Отзыв просим направлять по адресу: 111250, Москва, Е-25С, Красноказарменная ул., 14, Ученый Совет МЭИ

С диссертацией'можно ознакомиться в библиотеке МЭИ

Автореферат разослан

т

Ученый секретарь

лиссертзшоЕного Совета к.т.н., доцэнт

Общая характеристика работы

■ Актуальность темы. Прогресс в области электротехнологии привел к. увеличению в структуре электропотреОления дате злектроприэмников со специфическим характером потребления энергии (нелинейная, несимметричная, быстроузменящаяся нагрузка), что обусловило рост искажений кривых тока и напряжения в узлах сетей обшего назначения.

Силовое оборудование (двигатели, трансформаторы, конденсаторы) испытывает >>трицатолыюе воздействие искажений, выражающееся в повышенном нагреве и сокращения срока службы оборудования.

Широко«» распространение» нелинейных, коммутируемых на грузок, работающих при несинусоидалытых режимах.приводит-к дополнительным (принципиально устранимым) потерям в источниках питания и линиях электропередачи. . '

Кроне того,несУш.усоидалыше режимы ведут к ухудшению качества электрической энергии,к ухудшению режимов работы энергетического оборудования,погрешности измерительной аппаратуры, в ряде случаев к ухудшен™ технологических процессов.

Таким образом,проблемы улучшения качества электроэнергии, энергосбережения продолжают оставаться.весьма актуальными.

В результате все сильнее стала ощущаться необходимость обеспечения совместимости работы устройств с различными характеристиками при их подключении к общей электрической сети. Острота проблемы электромагнитной совместимости оборудования привела к интенсивным научным исследованиям источников помех, уровней эмиссии ими помех в точках подключения к сети, фактических уровней помех в сетях различных классов напряжения, уровней помехозащищенности чувствительных электроприемников и других аспектов проблемы во многих промышленно развитых странах и междунанародных организациях.

На промышленных предприятиях большое распространение получили электротехнологические установки, являющиеся источниками различного рода электромагнитных помех, которые могут отрицательно влиять на сами электротехнологические установки, на другие .электроприемники, на системы управления, ЭВМ, средства контроля, измерения и сигнализации. В связи с этим построение систем 'электромагнитной совместимости эльктротехнологаческих установок и установоки ш.тающих их сетей, к которым могут быть подключены другие электраприемники, чувствительные к электромагнитным помехам.

Цель работы и задачи исследований. Разработка методик и

средств повышения Еффективнности энергопередачи от источника электроэнергии к нелинейной нагрузке, теоретическое обоснование и исследование свойств и особенностей режимов работы идеализированного элемента схемы замещения - преобразователя обменной' мощности, исследование критериев и эффективности энергопередачи, алгоритмов компенсации обменной мощности как средства эффективности энергогоредачи для нагрузок с различными вольтамперными характеристиками, а также создание эффективных компенсирующих устройств, работающих на основе концзпции обменной мощности, для компенсации стационарных и изменяющихся во времени нагрузок.

В процессе выполнения работы были поставлены и решены следующие задачи:

1) Разработаны математические модели преобразователя обменной мощности, коммутируемой нагрузки, математическая модель электрической цепи для проведения численного эксперимента и исследования . режимов энергопередачи.

2) Определена общая структура и функции силовых звеньев компенсирующих устройств, а также условия их функционирования.

3) Разработан алгоритм определения параметров силовых элементов резонансного контура преобразователя обменной мощности на основе результатов математического моделирования-.

4) Проведен сопоставительный анализ эффективности работы силового звена преобразователя обменной мощности и фильтрокомпенсирующей цепи при помощи методов математического моделирования.

5) Решены вопросы практической реализации способа компенсации обмеьноа мощности й устойства дяя его осуществления.

Метода исследования. При решении поставленных в работе задач, наряду с классическими методами анализа электрических цепей использовались, методы гармонического анализа, функций комплексного переменного, теория обыкновенных дифференциальных, уравнений -и математического моделирования на ЭВМ. Автор защищает:

- метод анализа электрических цепей с использованием идеализированного элемента схемы замещения - преобразователя обменной мощности;

- свойства и особенности предлагаемого элемента схемы замещения, методику определения его параметров-,

- методику оценки электрического состояния цепи на базе понятия обменной мощности:

.- методику и алгоритм определения параметров силовых элементов

¡реобразователя обменной мощности как средства повышения _ эффектив-

гости .лергошредачи:

- математическую модель, преобразователя обменной мощности как средства диагностики и прогнозирования параметров силовых элементов юальчых компенсирующих устройств:

- разработку нового технического решения компенсирующего устройства : микропроцессорной системой управления для повышения эффективно-:ти знергопередачи.

Научная новизна. Предложена и разработана методика оценки шергетического состояния цепи на оазе понятия обменной мощностии с «¡пользованием идеализированного элемента схемы замещения глектрическоя цепи - преобразователя обменной мощности, позволяющая, 5 отличие от известных, наиболее объективно, оценить энергетическое юстояние электрической цепи и привести неоптимальныа режим знергопередачи к оптимальному.

Разработан алгоритм определения параметров накопительных элементов силовой части преобразователя обменной мощности, при томощи которого на основе првдваритаяьного анализа энергетического зостояния электрической цэпи можно получить рекомендации по вьйору 1ачальных параметров силовых элементов компенсирующих устройств.

Разработана математическая модель преобразователя обменной лощности, использование которой дает возможность оценить режимы и фитории эффективности знергопередачи, а также уточнить диапазоны тзменения начальных .уставок силовых накопительных элементов (конденсаторных батарей и индуктивного реактора), входящих в состав компенсирующего устройства.

Предложен способ компенсации обменной мощности и схемное эешение .устройства для его осуществления, предназначенное для тсвытеяия качества электроэнергии в сетях с мойными нелинейными *агруз;сами. .

Практическая ценность и; реализация результатов работы, практическая ценность работы состоит в следующем:

- предложенные автором соотношения и предложенные принципы оценки энергетического состояния цепи на базе концепции обменной мощности позволяет оптимальным образом осуществить целенаправленный выбор и расчет реальных компенсирующих устройств:

- проведенные исследования и разработки доведены до инженерных методик расчета, даны примеры расчетов и конкретные схемные решения, позволяющие определить параметры силовых накопительных элементов

компзнеирующих устройств.

Полученные результаты целесообразно /использовать прк проектировании новых и модернизации существующих типов компенсирующих устройств на базе понятия обменной мощности.

Результаты исследования были использованы при создании и внедрении опытного образца компенсирующего устройства, используемого при проектировании и выпуске специализированных источников питания с тиристорвой сичтемой регулирования для электросварочного оборудования. ' .

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены: "

- на научно-технических, конференциях Ставропольского сельскохозяйственного института ( г.. Ставрополь, нарт 1993г., март 1988 г.,март 1995 г. }:

- на заседании кафедры Теоретических основ электротехники МЭИ (дейабрь 1990 г., апрель 1995 г.).

Публикации. По результатам проведенных- исследований опубликованы 2 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех, глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст содержит 140 страниц машинописного текста, 41 рисунок, 13 таблиц, список литературы из 149 наименований на. 15

страницах и приложений на 91 странице. %

Содержание работы

Во введении рассмотрено состояние проблемы, обоснованна актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе представлен аналитический обзор основных положения и противоречий теории мощности.

В последнее время большое внимание уделяется вопросу энергетической оценки процессов, протекающих в электрических цепях и системах. Много работ посвящено поиску интегральных характеристик, отражающих энергетическую сущность процесса с несинусоидальными томами и напряжениями.

Большинство специалистов главное противоречие классическое теории мощности видит в отсутствии универсального' физически обоснованного интегрального выражения для определения резктмвной (в общем случае обменной) мощности.

В любой электрической цепи или системе, независимо от ее харзк-

тера и режима, в общем случае происходит и потребление, и обмен энергией, причем это -две стороны единого энергетического процесса. Таким образом, если исходить из физических предпосылок,то интегральные характеристики, призванные оценивать интенсивности соответственно процесса потребления энергии, обменного процесса и энергопроцесса в целом, должны быть, во-первых, универсальными, во-вторых, находиться в строгой взаимосвязи, позволяющей ло двум известным величинам определить третью.

Вопрос об универсальности той или иной интегральной характеристики следует рассматривать в двух аспектах: во-первых, является ли универсальным выражение для определения мощности: во-вторых, отра-«ает ли полученная в соответствии с ним величина энергетическую сущ-зость процесса. Известно, что активная мощность определяется через мгновенное значение напряжения и тока, имеет строгий физический змысл и, поэтому, является характеристикой универсальной.'

Наибольшее практическое применение нашло известное понятие толной мощности и ее составляющих в виде активной, реактивной мощностей и мощности искажения, при этом особое внимание "обращено на эазные определения реакивной мощности. Однако недостатком такого эазделения является то, ■что в цепях при несинусоидальных режимах как тдя полной мощности, так и для некоторых ее составляющих не выполняйся закон сохранения.

Полная мощность не отражает сущности энергетического процесса I не может быть показательной характеристикой.

Мгновенная же электрическая мощность несет значительную шформацию о реальных энергетических процессах, происходящих в 1лектроромагнитном_ поле в заданном месте электрической системы, (ель данной работы - выявить' возможности использования этой шформацки для оценки эффективности энергетических процессов.

Принимая-во внимание имеющиеся противоречия теории мощности, еобходамо продолжать поиск интегральных характеристик, отражающих нергетическую сущность электрических режимов в цепях и системах с ©синусоидальными напряжениями и'токами.

Новый подход к оценке энергетических процессов на базе кривых гновенной мощности предложен, научным коллективом кафедры ТОЭ МЭИ. ведено понятия обменной энергии иоб и обменной мощности <ааб, кото-ые определяются по усредненным величинам, мощности положительных ^ и отрицательных р^ полуволн мгновенной мощности и по соответ-твующим этим полуволнам интервалам времени и г^ согласно

ависимости

wo6= *(♦>*<-, - р<-)*<*> < 1 )

w об

Г"

т

( г )

В синусоидальных системах величина обменной энергии представляет собой максимальную, накопленную в поле за лолупериод энергию, и в этом случае мезду обменной qq6|)! и реактивной а мощностью имеет место строгое соотношение

К.С. Демирчяном предложено использовать выражение < 1 ) -для эквивэлечтизации несинусоциальных систем с синусоидальной, а величину с б принять исходной для количественной оценки интенсивности обменных энергетических процессоь в общем случае .

•Во второй главе рассмотрены свойства и особенности преобразователя обменной мощности, дано определение оптималькогс режима цепи, используемое в настоящей работе.

Одной из важнейших и решаемых до настоящего времени задач электротехники является задача о приведении режимов работа отдельных участков схемы или всей схемы в целом к оптимальному режиму.В особейяости данная задача актуальна при несинусоидальных режимах ив нелинейных цепях.

В существующей трактовке это понятие сводится в основно»; к описанию такого состояния элемента электрической цапи при котором кривая напряжения и тока на нем подобны по форме, а сдвиг между гоми во времени отсутствует.

Приведенное выше положение можно представить в математической форме с применением разложения в гармонический ряд напряжения u<t> и тока i(t) на произвольном двухполюснике :

О' Sirtot+U'' COSüt-t-, . ,-fU' gI«Kü)t.+U" C03Któt = ш ím кн ки

SlNOT+X" COSÍ1T+. . . 1-1' SlNKnT+irr^COSKn?) ( 4 )

1M 1M KM

или

и * Vtr и r vrr

• IM tu 1CM KM ^ n , -- ,

= R. < o )

I > I" I / I"

IM IM Kri км

где со пприхом обозначены синусные составляющие, с двумя.штрихами - косинусные составляющие разложения u(t> и i<t> в гармонические ряды,а и- коэффициент пропорциональности этих кривых.

При рассмотрвниии вопросов повышения эффективности энергошре-

дачи при нелинейных нагрузках ,с целью проведения эффективного анализа режимов электропередачи, будет целесообразным введение в схему замещения электрической цепи некоторого специального управляемого источника, преобразователя обменной мощности, который,позволит привести неоптимальный энергетический режим к оптимальному.

Источники такого рода могут быть как источниками тока <-*0<Ч), так и источниками э.д.с. (ео(ъ)) и включаться как поперечно, так и продольно элементу, вызывающему неоптимальность, а их число определяется степенью (качеством) компенсации.

Важнейшим свойством такого источника является непотрзбление и неотдача энергии за период, то есть

т

|хо (^(МсИ-О < 6 )

I'

е0<*->;Ге^><*Ь=О < 7 )

о

здесь VJ(i)- напряжение источника : -ток источника ,

причем выражение- < 5 ) записано для случая поперечного включения элемента схемы замещения, а выражение < 7 )записано для случая продольного включения.

В данном случае термин " источник " в применении к такому элементу после наложение условий ( 6 ) , < 7 ) весьма условен. Назначение элемента лишь корректировать режим и не принимать непосредственного участия в энергопитании нагрузки.Равенства (. 6 ),( 7 ) имеют место вслвдствии следующих положений :

1. Кратности периодических функций годинтегрального выражения периоду , а в разложении кривых тока и напряжения наличие комбинаций гармоник несовпадающих номеров.Это условие охватывает известные на практика случаи .когда

Ли <11 и!«С-и; Ли-Ь--А < 8 )

с», сИ.

(оптимизация с помощью ь, с-накопителей).

2. Равенство кулю суммы постоянных подантегрального выражения

IV "П.

ГЗ V -О ЦЕХ-О (9).

" по по "это тчО

аи <11

отметим,что для ь,с- накопителей в произведениях с с — и и ь-1

«и «л

в стационарном режиме постоянные сотэвляадие принципиально отсутствуют. Условие < 9 ) дополняет и расширяет способ анализа компенсирующего устройства (комшнсацкя с помощью ь, с-накопителей).

При чисто синусоидальных, режимах мощность такого источника является чисто реактивной мощностью. Одаако, работа предлагаемого источника отлична от работы ь,с - накопителей. Рассмотрим ъример.

Для схемы рис.1 определим режим работы ПОМ ,т.е. найдем закон изменения тока источника тока

J(t)

*н

\7Б

Рис. 1. Схема .для определения параметров ПОМ при компенсации активной нагрузки, коммутируемой тиристорами

При ЕгЕ^еткйЛ симметрично конмутируекща элемент включает при угле управления .выключение ^происходит при переходе тока

нагрузки через нуль то есть когда

Процесс будем рассматривать на интервалах о <<&. ± <р и р £ Ж < Л?.

Результаты расчетов сведены в таблицу 1

Поскольку режим цепи,определяемый коммутацией сопротивления »кусочно-синусоидальный ,то и режим работы оптимизирующего источника должен быть кусочно-синусоидальный и,значит, возможно скачкообразное изменение амплитуда тока .г(О при <Л-р .Далее воспользуемся условием (4) и, приравняв амплитуда .в выражении для тока I (см.табл. 1 ) получим :

"А*** + °

(10)

Тэблица 1

0 < ut ¿ р f < ut < JC"

Lmjf SIN «t fll . ^ir^' Slítot- R-^-2-siNtít и Л Н Л

i -o II Е J/* К- 1 - п SINut- т Л SINut " R *R„ R ИД н Л

U -E SINwt-R I SINut íi m Ji yn U «Е SINwt-RI SINut Н 1» лш

J=J» SIN ot •m J»J" SlN¿)t

7С

- ¡U CilJCtDdat - О (11)

йтт J "

im Jr к -j" >: » о, (12)

тп * fn 2 F

"дэ kt= js - о, SSINZjp; к2= x - J» +0,5sin£f> = jf - k^ (13)

)кончэтельное решение получим с учетом (10) и (13):

Е Cf( - К ) Е К

: = Jf .—™-L-; j"- = -ÜLJ--(14)

m ™ cr +r ^Cjf-K j+r 1с - 771 с r +r icrt'-o+r к

HJT IKI MjT'iHi

Спряжение на. комленсаторэ запишется в вида :

Е ЕтГ

и со = --SIN 6it (15) ~

н CR +R ЗС51--К J4R V

и JT .1 м i

1а рис. 2.и 3 показаны графики токов, напряжения мощностей до и после гамдансацки коммутируемой нагрузки для произвольного угла включения.

Следует отмстить, что при несинусоидальном режиме личейной цепи теряется тождественность работы ПОМ по сравнению с работой ь,е - накопителей или их комбинаций. Следовательно, для источников произвольной формы не существует комбинаций накопителей энергии с

Рис. 2. Осциллограммы тока, напряжения и мощности до

Рис. 3. Осциллограммы тока, напряжения и мощности после компенсации активной нагрузки, коммутируемой идеальными тиристорными ключами

неизменными параметрами, включаемых также как и ПОМ, для которых может удовлетворяться условие, приводящее к полной компенсации.

• • В третьей главе рассматриваются алгоритм начального выбора параметров накопительных элементов силового звена преобразователя обменной мощности, вопросы математического моделирования процессов оптимизации при помощи ПОМ и фильтрокомпенсирующих цепей, сопосталяет-ся их эффективность.

Доказывается выполнение баланса средних обменных мощностей для элементов электрической цегг* различной структуры, что, в конечном итоге, свидетельствует о достоверности методики анализа режимов энергопередачи на базе концепции обменной мощности, и возможности количественной оценки эффективности энергопередачи при помощи интегрального параметра - средней обменной мощности ( усреднение в этом случае проводится за период промышленной частоты ).

Методами математического моделирования исследованы аварийные режимы работы силового звена преобразователя обменной мощности; проведена оценка величин токов при внезапных коротких замыканиях, определены величины коммутационных перенапряжений при авариях. Разработаны функциональные схемы защит систем электроснабжения.

На рис. 4 представлен алгоритм- выбора параметров силовых элементов последовательного резонансного контура.

Предложенный алгоритм позволяет определить- параметры силового резонансного контура, настроенного на "к"-ю гармонику, по величинам мгновенных значений тока передающей линии и напряжения нагрузки, а также по • величине заданного уровня (глубины) компенсации обменной мощности. • _ ■

Математическое моде.шрование- процессов энергопередачи, возникающих при работе преобразователя обменной мощности, представляет большой практический интерес и научную ценность особенно на стадии проектирования реальных компенсирующих устройств.'

Математическое моделирование процессов энергопередачи позволяет определить диапазоны изменения параметров 'накопительных элементов, входящих в состав силовой части рассматриваемого устройства, при которых'режим передачи электроэнергии станет оптимальным.

Этот -факт оправдан тзм обстоятельством, что компенсирующие устройства исследуемого типа должны иметь следящую систему управления, которая при своей работе осуществляет постоянное уточнение параметров энергопередачи (токов .и напряжений) и обеспечивает коррекцию первоначальных уставок, определенных в процессе математического моделирования.

ток даредашэа ЛИНИИ, напряжение нагрузки «н<*)

Расчвт мощности нагрузки

Определение закона изменения оптимальной мощности

роиг(°=рн(1-соега4)

определение закона изменвнш" неоптимальной мощности

'нопг^" ^Ч^оиг^

Расчет обменно! мгновенной не от Р - * Гг+ обм" т^1 нот (■мощности по ггимальной р * ) 1 И01ГГ 1 /

выбор уровня компенсации обменной мощности(энергии) (глубины компенсации) по одной из высших1 гармоник ""обм ком

Определение величины емкости конденсатора резонансного контура из соображение максимально запасаемой энергии

¿»■о*

_*к»я_ -у* к >

г ~ обм ком,

л»

гпп V - т

гда ^ обм- р обм ком откуда .

2 V 00 Р Р4>

,Л>_ "обм ком _ обм ком

Определение величины индуктивности реактора и его активного сопротивления из условий настройки резонансного контура и требуемой величины добротности

" я&> "я«к>

Чк.

.Ль

<к>

?о(к!

4 л

ь ..с

<к>

Конечные результаты ск , ь ь , Я к

> 10

1

(

Рис. 4. Алгоритм выбора параметров силовых элементов

На' математическое моделирование также возлагается задача оценки уровней обменных мощностей, участвующих в энергошредаче, до и после оптимизации, диагностика форм напряжений и токов на элэиентах моделируемой цепи, спектральный анализ токов передающих линиа.

При математическом моделировании переходных процессов, возникающих при работе силового звена преобразователя обменной мощности, -использовался стандартный пакет программ анализа аналоговых схем "pspi.ce " версии 5.1, разработанный фирмой тего-31т Оогрога^оп В ТВЧвНИЭ 1986 - 1992 ГГ. .

В процессе математическою моделирования силового звена компенсирующего устройства принята следующие допуаэния. .

Анализируемая схема подключена к идеальному источнику синусоидального напряжения с постоянной частотой и амплитудой. Параметры схемы замещения постоянны во времени, не зависят от воздзйсвий окружащеа среда. Индуктивные реакторы введены в схему замещения только лишь величиной их индуктивности без активного сопротивлэния сопротивления и без рассеяния, потери в конденсаторах не учитываются. Все элемента схемы замещения имеют сосредоточенные параметра. Разброс значения параметров отсутствует.

При принятых допущениях и ограничениях преследуется основная цель - продемонстрировать возможность снижения уровня обменной мощности, участвующей в энергообмепе швду источником и нелинейной нагрузкой, улучшение спектрального состава тока в передающей линии путем введения в схему оптимизирующего устройства - преобразователя обменной мощности. А также продемонстрировать эффект новых Функциональных возможностей коммутируемого силового резонансного контура с регулируемой задержкой включения.

Схема замещения моделируемой цэпи ПОМ прэдстзвлэна на рис. 5

На рис. 6 с целью сопоставления приведен график тока колебательного контура моделируемой цели и график тока' вдзльного' источника тока з(ъ), закон изменения которого получен аналитическим спо-способом во второй главе настоящей работы, при фиксированном угле включения нагрузки, равным 90° .

Сопоставление представленных 1рафиков позволяет -сделать вывод о возможности.эффективного использования• исслэдуемой схемы.компенсатора для повышения эффективности энергопередэчи в нелинейных цепях, в данном случае - в коммутируемых цепях.

Результаты сопоставительного анализа параметров энергопередачи при использовании силового звена преобразователя обменной мощности и фильтрокомгансирующея цепи представлены в таблица 1.

шв икз

ькз

т

ИК5

4г

X

с кз V

СК5 еагег

V

ог

7« С

кзи! 47 с

"СИ

л

8

: УГКЗ

Рис 5. Схема замещения моделируемой пвпи

I, г

•1кЗ + V - 1ке

7 Г7< \

Г \ Л

\ Ч. У %

/ \

-м

о

0.005

0.01

0.015

0.02

Рис. 6. Графики токов колебательного контура идеального комгонсатора < 7(1) ) и моделируемой таге.

Гзблица г

Таблица сравнения параметров знергопередгчи при использовании силового звена преобразователя обменной мощности и филътрокомпенсирующей

цепи с режимом работы коммутируемой нагрузки до компенсации

Наименование Критерж оптимизации Примечания

модели р 1обм, Вт рн. Вт к.п.д. I Л 1лин,-А .

1 г» 3 4 5 6 7 8

Коммутируемая нагрузке.-без оптимизатора 296 192 ; 0.917 0.63 0.713 4.15

Силовые звенья преобразователя обменной мощности и коммутируемая нагрузка 87 228 0.970 0.32 0.915 3.17 3-я и 5-я гэрмонич. составл.

Задержка включениг. тиристора, мс(град.) 1(90) 1(90) 1(90) 1(90) 1(90) 1(90)

Фильтроком-пенсирующив цепи и коммутируемая нагрузка 123 212 0.942 0.39 0.730 З.Е5 3-я и 5-я - гармонич. составл.

Признак оптимизации тах тах га1п тах т!п

д % = < 1- _ >100 ^ом 29.3 7.01 2.88 17.95 20.2 10.7

Следует отметить, что. моделирование режимов работы фильтроком-. гонсирующей цэпи проведены теш же программными средствами, которые использовались при моделировании режимов работы силового звена преобразователя обменной мощности и в одинаковых диапазонах изменения параметров силовых накопительных элементов.

Многокритериальное ' сравнение режимов знергопередачи с применением силового звена преобразователя обменной, мощности и фильтроком-пенсирущея цепи проведено из соображений более объективной оценки анализируемых . режимов. Поскольку расчетные параметры режимов являются интегральными величинами, то для большей уверенности и убедительности необходима именно многокритериальная опенка режимов , энергопередачи.

Полученные результаты наглядно подтверждают факт более эффективного применения силового звена преобразователя обменной мощности.по отношению к фильтрокомпенсирующей цепи.

Зто преимущество достигается за счет расширения функциональных возможностей резонансного контура силового, звена преобразователя обменной мощности. Эффект возникает за счет коммутации силового звена преобразователя обменной мощности с частотой . гармоники, подлежащей компенсации и с регулируемой , задержкой коммутации относительно основной гармоники сигнала питающего напряжения.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований опытного образца преобразователя обменной мощности. Рассмот-' рена принципиальная схема установки, описан способ проведения эксперимента. Проведен анализ результатов экспериментальных исследований, оценка достоверности и погрешности измерений. Результаты экспериментальных исследований сопоставлены с результатами математического моделирования, различие экспериментальных и расчетных данных не превышает 4.77 %:

В приложениях приведены результаты математического моделирования режимов энергопередачи при помощи силового звена преобразователя обменной мощности и фильтрокомпенсирующей цепи: осциллограммы токов и напрякений в моделируемых цепях, численные значения' параметров моделируемых режимов, листинги программ обработки полученных результатов, результаты спектрального анализа тока передающей линии до и после компенсации, графики мощностей для различных режиков знергопередачи, осциллограммы токов и напряжений в аварийны*, режимах, приводятся функциональные схемы защит оборудования при авариях. Представлен перечень измерительных средств, использованных при экспериментальных исследованиях. '

Выводы

■ • 1. Введено понятие преобразователя обменной мощности как элемента схемы замещения. Показана целесообразность использования введенного элемента, представляющего собой специальный управляемый источник. Преобразователь обменной мощности позволит привести неоптимальный энергетический режим к оптимальному. Приведены основные свойства и особенности предложенного элемента схемы замещения.

2. Дано определение оптимального режима энергопередачи, используемое в настоящей работе. В предлагаемой трактовке это понятие сводится к описанию такого остояния элемента электрической цепи,при котором кривая напряжения и тока на нем подобны по форме, а сдвиг между ними во времени отсутствует.

3. Предложены методики определения параметров преобразователя обменной мощности: для линейных цепей,- для нелинейных цэпей:_ для коммутируемых цепей.Доказано, что применение преобразователя обменной мощности' позволяет повысить эффективность энергопередачи в нелинейных цепях.

4. Проведены теоретические обоснования к выбору параметров преобразователя обменной мощности. Предложена методика .проверки баланса мощности с использованием составляющей обменной мощности в уравнении баланса1 мощностей. .

5. Проведено математическое 'моделирование с использованием математической модели преобразователя обменной мощности на базе коммутируемых резонансных контуров.

■ 6. Предложен алгоритм выбора параметров силовых элементов резонансного контура преобразователя обменной, мощности, что позволяет оценить диапазон изменения начальных параметров накопительных элементов, входящих в состав силового резонансного контура преобразователя обменной мощности.

7. Проведено математическое моделирование процессов энергопередачи с использованием математической модели фильтрокомпенси-рующвй цзгш как альтернативного средства компенсации по отношению к преобразователю обменной мощности. Численные значения критериев эффективности энергопередачи, полученные на данном этапе метема-тического моделирования служа'1' основой для проведения сопоставительного анализа с численными значениями критериев эффективности энергопередачи с использованием силового звена преобразователя обменной мощности.

8. Проведен сопоставительны® анализ режимов работы силового звена преобразователя обменной мощности и фшгьтрокомпенсирующей цепи при компенсации коммутируемой нагрузки. Результаты показывают, гго по используемым критериям эффективности:уровню обменной мощности, мощности нагрузки, коэффициента полезного действия, коэффициента искажений, коэффициента мощности, действующего значения тока передающей линии, преобразователь обменной мощности является более эффективным { численные результата сопоставительного анализа приведены выше в таблице jj. Указанное преимущество преобразователя обменной мощности достигается за счет коммутации резонансных контуров с регулируемой задержкой включения, причем коммутация проводится с частотой гармоник, подлежащих компенсации.

9. Методами математического моделирования подтверждено выполнение баланса средних обменных мощностей для элементов схемы замещения электрических цепей ра_зличной структуры. Подученные . результаты позволяют сделать заключение об универсальности предлагаемых энергетических соотношений для анализа режимов энергопередачи.

Результаты математического моделирования подтверждал резуль-татыми экспериментальных исследований опытного образца . компенсатора.

■ 10. Разработано компенсирующее устройство с системой управления, работающее на базе концепции обменной мощности, а■ также способ компенсации.обменной мощности, положенный в основу работы устройства. Новизна предложенного технического решэния защищена патентом Российской Федерации.

Публикации

1. Демирчян К.С., Жарков Ф.П., Воротников H.H., Егоров В.Ю., Авдеев С.Б.Патент РФ и 5027653 , МКИ н 02 j 3/18. Бюлл.№ 37-38, 15.10.§3 Способ компенсации обменной мощности и устройство для его осуществления.

2. Воротников И.Н. Способ оптимизации режимов электропередачи при помощи преобразователя обменной мощности// Изв. вузов. Электромеханика, 1993 г., кб, с. 79.