автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Разработка и исследование алгоритмов управления мощными полупроводниковыми фазоповоротными устройствами для объектов единой национальной электрической сети России

На правах рукописи

Рашитов Павел Ахматович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ФАЗОПОВОРОТНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ЕДИНОЙ НАЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

РОССИИ

Специальность 05.09.12 - «Силовая электроника»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 МАЙ 2011

Москва 2011

4847396

Работа выполнена на кафедре Промышленной электроники Московского энергетического института (Технического университета)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Ремизевич Татьяна Вячеславовна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Розанов Юрий Константинович

Ведущее предприятие:

ФГУП ВЭИ им. В.И. Ленина

Защита состоится «10» июня 2011 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.157.12 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 13, аудитория Е-603

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим присылать по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет МЭИ.

Автореферат разослан « 6 » МСиЯ 2011 года. Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212.157.12, к.т.н., доцент

Буре И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в связи с развитием электроэнергетики актуальной задачей является управление режимами работы энергосистемы с целью регулирования потоков электроэнергии в сложных сетях. Решение поставленной задачи осуществимо с помощью применения технологии гибких (управляемых) систем электропередач переменного тока, (Flexible AC Transmission Systems - FACTS).

Фазоповоротное устройство (ФПУ) является одним из перспективных вариантов реализации управляемых линий электропередач. ФПУ создаёт фазовый сдвиг между напряжением первичных шин и напряжениями вторичных шин путём ввода вольтодобавочного напряжения в месте установки, что позволяет управлять потоками мощности в линиях переменного тока.

В современной мировой практике ФПУ широко применяются во многих энергосистемах, но все они построены на основе механических переключателей. Технология FACTS предусматривает создание управляемых электропередач, оснащённых элементами современной силовой электроники. Применение приборов силовой электроники в ФПУ позволит повысить надежность и срок службы высоковольтного коммутатора в составе ФПУ, многократно увеличит быстродействие, что ведёт к повышению динамической устойчивости энергетической системы путём демпфирования колебаний, возникающих во время переходных электромеханических процессов. В мире, в том числе и России, активно ведутся работы по разработке и исследованию полупроводниковых ФПУ на основе управляемых силовых ключевых приборов.

Исследованиями фазоповоротных устройств и вопросами их применения занимались такие учёные как: Александров Г.Н., Веников В.А., Гринштейн Б.И., Калюжный А.Х., Мисриханов М.Ш., Рыжов Ю.П., Ситников В.Ф., Чебан В.М., Шакарян Ю.Г., W.Seitlinger, J.Verboomen и др.

Внедрением полупроводниковых ФПУ в ЕНЭС России в настоящее время занимаются ОАО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» («ЭНИН») совместно с ОАО «Институт Энергосетьпроект» и ОАО «НТЦ Электроэнергетики». Вместе с тем полупроводниковые ФПУ на основе управляемых силовых ключей недостаточно изучены, в мире на текущий момент не введено в эксплуатацию ни одного такого устройства.

Поэтому задача исследования электромагнитных процессов в силовых схемах полупроводниковых ФПУ, анализа и разработки алгоритмов управления, является своевременной и актуальной, и требует детального рассмотрения.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов управления мощными многовентильными фазоповорогными устройствами.

Задачи диссертации. Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Разработка имитационных моделей двух различных силовых схем полупроводниковых ФПУ;

2. Исследование электромагнитных процессов коммутации в мосте переменного тока, на основе однооперационных тиристоров;

3. Разработка методики синтеза алгоритмов управления полупроводниковыми ФПУ;

4. Разработка и исследование алгоритмов управления для двух модификаций полупроводниковых ФПУ;

5. Техническая реализация аппаратно-программных средств системы управления: разработка локального контроллера управления и базового программного обеспечения.

Методика исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались: теория электрических цепей, теория систем линейных уравнений, методы численного моделирования (Matlab/Simulink, PSpice), методы интерактивной отладки микропроцессорных систем управления с использованием интегрированной среды разработки для встраиваемых систем Metrowerks CodeWarrior. При проведении экспериментальных исследований использовался метод аппаратно-программного моделирования работы системы в режиме реального времени.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математического аппарата, сопоставлением основных результатов, полученных с применением различных методов математического моделирования, экспериментами по воспроизведению разработанных алгоритмов управления на макете (физической модели) системы управления и аппаратно-программном комплексе модельного времени для силовой части ФПУ и линии электропередачи.

Научная новизна:

1. Разработаны имитационные модели полупроводниковых ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой (зависимым возбуждением), включая систему управления.

2. Предложен новый подход к синтезу алгоритмов управления полупроводниковыми ФПУ, основанный на использовании всех теоретически возможных состояниях ФПУ. Разработана методика автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей для различных модификаций полупроводниковых ФПУ с ключами на однооперационных тиристорах.

3. Разработаны алгоритмы управления ФПУ с динамической сменой таблиц переключения вентилей, учитывающие полный диапазон возможных значений фазового сдвига между током и напряжением в линии (ф) от -180 до 180 эл. град.

4. Разработан адаптивный алгоритм управления ФПУ со средней точкой, позволяющий минимизировать возмущающее воздействие ФПУ на энергосистему.в процессе выхода из области частичной управляемости.

Практическая полезность:

1. Предложен алгоритм реализации полной управляемости ФПУ во всем диапазоне значений углов фазового сдвига между током и напряжением линии (-180 ... 180 эл. град.) на основе синтезированных матриц переключения вентилей для схемы ФПУ с независимым возбуждением.

2. Разработана адаптивная система управления ФПУ со средней точкой с реализацией прогнозирования зависимости ф(а) (а - угол регулирования ФПУ) на основе алгоритма наблюдателя. Синтезированы матрицы переключений вентилей для ФПУ со средней точкой.

3. Предложены структуры и аппаратные средства системы управления ФПУ. Разработано и отлажено программное обеспечение локального контроллера управления для реализации адаптивного алгоритма управления ФПУ со средней точкой.

Внедрение результатов работы. Разработанные алгоритмы управления лежат в основе системы управления фазоповоротным устройством, реализуемым в рамках договора между ОАО «ЭНИН» и ОАО «ФСК ЕЭС» по созданию опытно промышленного образца ФПУ для выбранного объекта ЕНЭС.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Анализ электромагнитных процессов коммутации в тиристорном мосте переменного тока.

2. Имитационные модели полупроводниковых ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой (зависимым возбуждением), включая систему управления.

3. Методика автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей для полупроводниковых ФПУ с ключами на однооперационных тиристорах.

4. Результаты исследования синтезированных алгоритмов переключения вентилей для двух схем полупроводниковых ФПУ.

5. Алгоритмы управления ФПУ с динамической сменой таблиц переключения вентилей. Алгоритм адаптивного управления для ФПУ со средней точкой.

6. Результаты экспериментальной проверки разработанных адаптивных алгоритмов на примере двухмашинной расчётной схемы с установкой в ней ФПУ со средней точкой.

Апробация полученных результатов: Основные результаты работы докладывались на заседании кафедры «Промышленная электроника» Московского энергетического института (Технического университета); XVI, XVII международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (ГОУВПО МЭИ(ТУ), г. Москва, 2010г., 2011г.); на VII Межрегиональной научно-технической конференции «Информационные технологии, энергетика и экономика» (СФ МЭИ, г. Смоленск, 9 апреля -2010г.).

Публикации. Основные результаты диссертации освещены в 6 научных работах, из них одна в издании, рекомендованной ВАК РФ.

Структура и объём работы: диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложения и списка используемой литературы. Общий объём диссертации (без приложений) составляет 162 страницы машинописного текста, 69 иллюстраций и 17 таблиц. Список используемой литературы изложен на 9 страницах и содержит 82 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, дана краткая характеристика работы, приведены её квалификационные признаки.

В первой главе проведён обзор перспективных мест установки ФПУ в ЕНЭС России, приведены технические требования к полупроводниковому ФПУ ттдя пилотного проекта на л7частке Советско-Соснинская — Волошине воздушной линии электропередачи 220 кВ Томск - Нижневартовск: мощность 226МВА, диапазон углов регулирования от -40 эл.град до +40 эл.град.

Рассмотрены две силовые схемы полупроводниковых ФПУ, которые разработаны в ОАО «ЭНИН» для пилотного проекта. Схема ФПУ1 использует независимое возбуждение шунтового трансформатора Т2, первичные обмотки которого подключены к линии электропередачи со стороны входа ФПУ (рис. 1). Схема реализует продольно-поперечный способ регулирования выходного напряжения, при котором вольтодобавочное напряжение каждой фазы первичной обмотки сериесного трансформатора Т12 формируется посредством векторного сложения/вычитания напряжений с выходов 6 вторичных обмоток шунтового трансформатора (по 2 обмотки каждой фазы с разными коэффициентами трансформации). Расчетные значения напряжений 6 вторичных обмоток одной фазы шунтового трансформатора равны: 19.5 кВ, 6.5 кВ, 19.5 кВ, 6.5 кВ, 10.8 кВ, 5.4 кВ, при этом проектная дискретность регулирования угла поворота фазы а для ФПУ 1 составляет 10 эл.град.

Схема ФПУ2 со средней точкой использует зависимое возбуждение шунтового трансформатора (рис.2), первичные обмотки которого подключены к средней точке вторичной обмотки сериесного трансформатора, образуя тем самым контур отрицательной обратной связи. Схема ФПУ2 использует способ симметричного регулирования, расчетные значения напряжений 4 вторичных обмоток каждой фазы шунтового трансформатора равны 2.9 кВ, 5.8 кВ, 11.6кВ, 23.2 кВ, при этом дискретность регулирования а составляет 2.67 эл.град.

Коммутация вторичных обмоток шунтового трансформатора в ФПУ1 и ФПУ2 осуществляется полупроводниковым коммутатором на основе тиристорного моста переменного тока. В каждом плече моста установлен двунаправленный тиристорный ключ, состоящий из последовательно включенных пар встречно-параллельно соединенных тиристоров. Тиристоры

в мостах работают в качестве переключателей переменного тока. Включение и выключение тиристоров в работающем двунаправленном тиристорном ключе происходит один раз на половине периода сети при переходе тока через ноль, в моменты естественной коммутации, вследствие чего динамические потери малы.

Рис. 1. ФПУ с независимым возбуждением

Рис. 2. ФПУ со средней точкой

Каждому углу регулирования а соответствует своя комбинация состояний тиристорных мостов. Для переключения ФПУ из состояния сс1 в а2 необходимо определенным образом изменить состояния мостов, т.е. выключить тиристоры одного плеча и включить тиристоры другого плеча каждого моста. Однако в ряде случаев невозможно в один и тот же момент времени выполнить необходимые переключения для всех мостов, поскольку подходящие временные интервалы сдвинуты во времени по периоду сети. Поэтапное переключение мостов вызывает переходной процесс в силовой схеме, который определяется текущим действующими значениями и сдвигом фаз между токами и напряжениями в линии, изменяемым эквивалентным комплексным сопротивлением ФПУ (при разных углах регулирования а в контур включено разное число обмоток шунтового трансформатора), порядком коммутации мостов. Поэтому задача синтеза алгоритмов управления ФПУ сводится к нахождению последовательностей переключений состояний тиристорных мостов для каждой пары состояний а1 и а2, которые обеспечивают минимальное время переходного процесса при допустимых отклонениях выходного напряжения ФПУ для минимизации возмущающего воздействия на сеть.

Для анализа процессов в силовых схемах ФПУ1 и ФПУ2 разработаны имитационные модели в среде МаИаЬ/БшиНпк. По результатам моделирования в статическом режиме под нагрузкой установлены существенные отличия в формировании выходного напряжения относительно проектных расчетов. Диапазон регулирования для схемы ФПУ2 составил от -50° до 29°, а для ФПУ1 от -52° до 34°. Максимальное отклонение модуля выходного напряжения для схемы ФПУ1 с независимым возбуждением составляет 12.5%, а для схемы ФПУ2 со средней точкой 9.4%.

Для подтверждения адекватности имитационных моделей для каждой из этой схем аналитически получена регулировочная характеристика, учитывающая параметры трансформаторов (активное сопротивление обмоток и индуктивность рассеяния) и характер тока нагрузки:

где »" напряжение на выходе ФПУ при холостом ходе; м ~ 7 2,Ш(1 - сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу ФПУ;

2,0а(П - общее сопротивление нагрузки с учётом параметров трансформаторов

Для схемы ФПУ2 значения им хх и 21оаЛ определяются из следующих выражений:

иА1=йА-Г^ (2) 2,^2ы+2А2^+^) + 2п^{3)

- - — 1 + 3-т — 1 + 3-т

где т = п2-п\-к, п\- коэффициент трансформации шунтового трансформатора, «2- коэффициент трансформации сериесного трансформатора, к- число в диапазоне от -15 до 15, (инверсно номеру ступени регулирования), г, и 2п -

полные сопротивления первичных обмоток сериесного и шунтового трансформаторов.

Отклонение результатов моделирования и расчетов по аналитическим моделям не превышает 3%, что подтверждает адекватность разработанных имитационных моделей и возможность их дальнейшего использования для синтеза алгоритмов управления ФПУ.

Каждый тиристорный мост в составе ФПУ может работать в одном из трёх режимов (рис. 3), подключая соответствующую вторичную обмотку шунтового трансформатора в контур согласно (01), противофазно (10) или не подключая совсем (11). Для смены угла регулирования ФПУ необходимо произвести переключение режимов работы мостов, каждое из которых может быть выполнено при определённом соотношении тока, проходящего через мост, и напряжения, подводимого к мосту. Процесс переключения тиристорного моста происходит не мгновенно, что накладывает ограничения на длительность допустимых временных интервалов для переключения тиристоров.

Проведено исследование процессов коммутации в мостах переменного тока на основе имитационной модели в среде РБрюе. В качестве модели тиристоров использовалась модифицированная Ни-К1 модель, составленная для тиристора Т193-2000-60 (1Т(АУ)=2480 А, Уошлиш=6000 В). Выявлены временные ограничения, связанные с процессом коммутации в мосте, которые должны быть наложены на теоретические интервалы коммутации. Введено понятие интервалов надёжной коммутации (рис. 3), позволяющих осуществлять 6 возможных изменений режимов работы мостов (таблица 1):

• «тип 2» - временной интервал с учётом ограничений, когда ток через мост, и напряжение, подводимое к мосту, имеют один знак;

• «тип 3» - временной интервал с учётом ограничений, когда ток через мост, и напряжение, подводимое к мосту, имеют противоположные знаки.

Таблица 1. Интервалы для переключения

Интервал Возможные изменения режима работы моста

Тип 2 11 в 01, 10 в 11, 10 в 01

Тип 3 11 в 10, 01 в 11, 01 в 10

Эта классификация интервалов положена в основу в разработанной в главе 2 методики генерации алгоритмов переключения вентилей.

Режим 11

Режим 01

Режим 10

иа1 иа

из1

Рис. 3. Режимы работы мостов(а), интервалы надёжной коммутации (б)

Вторая глава посвящена разработке методики генерации алгоритмов переключения тиристорных мостов, а также синтезу алгоритмов управления для двух схем ФПУ при постоянном коэффициенте мощности совф в линии.

В статическом режиме работы ФПУ, когда угол регулирования а остается неизменным, сигналы управления тиристорных ключей также неизменны. Для смены угла из а1 в а2 необходимо переключить режимы работы тиристорных мостов, что возможно только на интервалах надёжной коммутации типа 2 или типа 3. Поэтому задача управления ФПУ сводится к нахождению для каждой пары углов а1 и а2 временных интервалов для соответствующего одновременного переключения мостов (одноэтапный переход) или нахождения последовательности временных интервалов для переключения мостов группами поэтапно (многоэтапный переход). При этом число возможных пар состояний а1, а2 для схемы ФПУ1 - 72, для ФПУ2 -930.

В основу разработанной методики положен новый подход к синтезу алгоритмов управления, основанный на том, что при смене угла а ФПУ может оказаться в любом промежуточном состоянии, в том числе в некотором «третьем» состоянии, которое не совпадает ни с начальным, ни с конечным состоянием мостов для установившегося режима работы ФПУ.

Для двух схем ФПУ получено все многообразие возможных состояний тиристорных мостов преобразователя. Полное множество векторов выходного напряжения ФПУ1 представлено на рис 4. Предложенный подход позволяет для схемы ФПУ1 только средствами управления, т.е. без

изменения силовой схемы ФПУ, вдвое уменьшить дискретность регулирования фазового угла. Также появляется возможность двухкоординатного

дискретного регулирования выходных параметров: угла фазового сдвига а и модуля выходного напряжения, что позволяет расширить функциональные возможности ФПУ с независимым возбуждением.

В соответствии с предложенной методикой для каждого состояния ФПУ определяются все возможные одноэтапные переходы. Для этого посредством моделирования в среде МаЙаЬ/БтиПпк для каждого состояния ФПУ при постоянном угле <р в линии производится поиск наличия всех возможных интервалов переключения мостов. Далее полное множество состояний делится на подмножества

• Рабочие состояния ФПУ . Всевозможные состояния ФПУ Возможные переходы

Рис. 4. Полное множество состояний ФПУ с независимым

ит^та прии^м

и

I

(зоны) с одинаковыми комбинациями наличия интервалов. Согласно зональному делению, зная наличие интервалов переключения для каждого возможного состояния ФПУ, определяются все возможные одноэтапные переходы (рис.5).

аЮ]--,-,-1-1-,-|-!-,-1-,-,---

процесс похож на собирание «домино»

(рис.6). То есть, конечное состояние промежуточного одноэтапного перехода

является начальным

Рис. 5. Одноэтапные переходы для ФПУ1

Рис.6. Возможные маршруты переходов из угла +20 в -20 эл.град.

состоянием для следующего одноэтапного перехода.

Полученное множество одноэтапных переходов является основой для синтеза многоэтапных переходов (маршрутов переключения). Генерация

маршрутов осуществляется подбором последовательностей одноэтапных переходов с целью нахождения

минимального по числу этапов перехода из каждого угла регулирования а1 во все остальные а2. Этот

Из множества сгенерированных для каждой пары а! и а2 маршрутов следует выбрать единственный оптимальный маршрут. В работе предложен следующий ряд критериев оптимизации:

1. Количество этапов переключения, определяет быстродействие ФПУ;

2. Отклонение Шых ФПУ от номинального значения, определяет перенапряжения и провалы напряжения в переходном процессе;

3. Суммарно накопленный фазовый сдвиг промежуточных состояний, определяет степень возмущения переходного процесса на энергосистему;

4. Суммарное количество ключей, участвующих в переключении, влияет на срок эксплуатации тиристоров.

Порядок расстановки приоритетов по минимальным значениям перечисленных параметров, а также введение дополнительных численных ограничений определяют стратегию оптимизации. На рис. 7 представлены маршруты, сгенерированные по стратегии 1 с порядком значимости критериев 1-2-3-4, видны значительные отклонения модуля вектора выходного напряжения от номинального значения. Предложено ввести 10% коридор на допустимый диапазон отклонения выходного напряжения (стратегии 2 и 3). В таблице 2 приведены математические ожидания параметров для полного множества переключений по каждой стратегии. Численные данные показывают, что при незначительном увеличении среднего времени переключения ФПУ в новое состояние возможно существенное улучшение качества переходного процесса.

Таблица 2. Математическое ожидание параметров

Параметр Стратегия 1 1-2-3-4 Стратегия 2 1-2-3-4 Стратегия 3 1-3-2-4

без 10% коридор 10% коридор

ограничени по по

и напряжению напряжению

Количество 2.028 2.426 2.426

этапов

Отклонение 14кВ 6кВ 7ЛкВ

выходного

напряжения

Суммарно 15.3° 26.7° 20.5°

накопленный

фазовый сдвиг

Суммарное 4.67 5.9 5.4

количество

ключей

• Рабочие состояния ФПУ О Промежуточные состояния ФПУ

Рис.7. Оптимальные маршруты по стратегии 1

Реализована программная поддержка методики в математическом пакете Mathcad: модуль генератора маршрутов переключения и модуль оптимизации выбора конечного маршрута. С использованием разработанной методики получены таблицы переключения вентилей (маршруты) для двух силовых схем ФПУ при условии работы на линию с постоянным cos <р. При применении методики учитывались параметры реальных трансформаторов и ограничения, связанные с коммутационной способностью тиристоров и технической реализацией драйверов управления ими.

Для проверки работоспособности сгенерированных алгоритмов управления для двух схем ФПУ разработаны структура и математическая модель системы управления. По результатам моделирования все переходы были успешно совершены. На рис. 8 представлены временные диаграммы при переходе из угла регулирования -10° в -40° по трём стратегиям для ФПУ с независимым возбуждением. Синтезированная структура модели системы управления создаёт основу для дальнейшей аппаратно-программной реализации контроллера системы управления.

•10sв Г«л- Л Гйи .4

Рис.8. Диаграммы перехода из угла -10 в -40 эл. градусов

В главе 3 проводится разработка и исследование алгоритмов управления для двух модификаций ФПУ при работе на линию с изменяющимся углом фазового сдвига ср между током и напряжением.

Рассмотренные в главе 2 алгоритмы управления были сгенерированы при условии работы ФПУ в линии электропередачи с постоянным углом <р. Такой подход оправдан с методической точки зрения. Он позволил выявить особенности управления полупроводниковыми ФПУ и создать методику автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей.

Однако допущение о постоянном ср не соответствует действительности при работе ФПУ в реальной энергосистеме. Ведь назначение ФПУ - это изменение режимов работы линии электропередачи с целью регулирования потоков активной мощности. В соответствие с принципом действия ФПУ изменение угла регулирования а обязательно должно привести к изменению режимов работы линии, в том числе претерпит изменение и угол <р. На основе анализа режимов работы линий электропередач с ФПУ обоснована необходимость обеспечения алгоритмов управления ФПУ в полном диапазоне углов ср от -180 до 180 эл. градусов.

Проблема синтеза алгоритмов для схемы ФПУ с независимым возбуждением в полном диапазоне углов линии ср заключается в изменении распределения интервалов переключения для каждого конкретного угла регулирования а при разных углах ф. Поэтому целесообразно разбить полный диапазон значений углов ф на области с одинаковым распределением интервалов и сгенерировать для них алгоритмы управления. Для надёжного переключения эти области должны быть организованы с некоторым перекрытием, учитывая возможность отклонения измеренного угла ф от его реального значения, связанную, например, с технологической точностью датчиков. При этом актуальной задачей является определение эффективного деления полного диапазона значений углов ф на области с однотипным распределением интервалов. Поскольку увеличение размеров областей может приводить к созданию такого распределения наличия интервалов, при котором нельзя будет сгенерировать все возможные алгоритмы переключения. В этом случае ФПУ станет не полностью управляемым. Снижение размеров областей приводит к сужению диапазона перекрытия, что повышает требования к точности измерения угла ф. Также снижается порог работоспособности системы управления при осуществлении многоэтапных переходов в условиях динамики переходных процессов в линии электропередачи.

Решение задачи эффективного деления на области было выполнено с использованием имитационного моделирования в среде Matlab/Simulink в статическом режиме работы ФПУ с независимым возбуждением с учётом параметров реальных трансформаторов и ограничений на длительность интервала переключения. Проведено исследование на наличие/отсутствие возможных интервалов переключения для каждой пары значений углов ф и а. Предложено эффективное деление на 72 области полного диапазона значений угла ф от -180 до 180 эл. град., при котором сохраняется свойство полной управляемости ФПУ: размером в 10 эл. град, и перекрытием в 5 эл. град, углам: -180°-М70°, -175°--165°, -170°--160°, ..., 175°-М85°(-175°), всего 72 области. Для каждой из этих областей с помощью математического генератора маршрутов переключения синтезированы алгоритмы управления. В результате разработаны алгоритмы управления для схемы ФПУ1 с независимым возбуждением в полном диапазоне значений угла ф от -180 до 180 эл. град.

Для схемы ФПУ2 со средней точкой также необходимо провести синтез алгоритмов управления во всём диапазоне значений углов <р. Для решения этой задачи в среде математического моделирования Matlab/Simulink проведен анализ статического режима работы ФПУ со средней точкой в полном диапазоне углов ср линии от -180° до 180° с шагом 5° эл. град.

Проведённый анализ показал, что ФПУ2 со средней точкой обладает свойством неполной (частичной) управляемости для некоторых областей углов ф (при углах ф=55^-95 эл.град. и ф=-125+-85 эл. град.). При неполной управляемости невозможно осуществить часть переключений ФПУ из a J в а2, что связано с пропаданием одного из базовых интервалов типа 2 или типа 3. На рис.9 показаны возможные переключения из областей частичной управляемости. В областях частичной управляемости общее число возможных переходов сокращается более чем в 2 раза. Выявлено наличие двух мёртвых точек: это ступени регулирования -15 и 15 при углах ф=55^95 и ср=-125-ь-85 эл. град, соответственно, из которых невозможно совершить никакое переключение.

• Осуществимый перевод . Осуществимый переюд

а) Частичная управляемость б) Частичная управляемость

(отсутствует интервал типа 3) (отсутствует интервал типа 21

Рис.9. Диаграмма переходов для ФПУ со средней точкой в областях частичной управляемости: -125^--85(а) и 55^-95(6) эл. град

Сгенерированные в главе 2 алгоритмы управления для ФПУ2 при угле Ф=20 эл. град, подходят для областей, где наблюдается полная управляемость - это диапазоны углов ф: -180^-120, -9(Ь-60, 90^-180 эл. град.

При нахождении ФПУ2 в областях неполной управляемости можно производить лишь часть переключений, которые могут не соответствовать требуемому системным оператором углу регулирования. При этом теоретически предоставляется возможность произвести сначала переключение в доступное промежуточное состояние ФПУ2, которое в установившемся режиме окажется в области полной управляемости, а потом из него осуществить переход в требуемое состояние. Однако реализовать эту

возможность можно только при известной зависимости угла <р линии от угла регулирования а. ФПУ в текущий момент времени.

Для определения возможной зависимости ср(сс) проведён анализ режимов работы по расчетным данным для нескольких планируемых мест установки ФПУ. Для теоретического анализа рассмотрена двухмашинная расчётная схема электропередачи с установленным ФПУ (рис. 10). Получена теоретическая зависимость <р(а), характер которой соотносится с расчетными данными (на рис. 11). Практически во всех случаях ФПУ может находиться в зоне частичной управляемости. Для выхода из этой зоны система управления должна вычислять зависимость <р(а) в текущий момент времени и обладать алгоритмом выхода из зоны частичной управляемости с минимально необходимым возмущением режима работы линии электропередачи.

Рис.10. Двухмашинная расчётная схема электропередачи

№ ступени регулирования

1 •-• Конаковская ГРЭС, режим нормальный

2 --- Конаковская ГРЭС, режим ОЛ 220кБ КГРЭС-Темлы

Угол регулирования Л 3 "—* Волгодонская АЭС

_ -■-• Пермская ГРЭС, режим нормальный

— Возможные переходы , _ электропередача Томск-Нижневартовск

Ступени регулирования Ц отсутствует ИНТервал типа 2 ^Отсутствует интервал типа 3

а) б)

Рис.11. Возможные зависимости ср(а) для: а) двухмашинной схемы, б) практических мест установки ФПУ

Разработан адаптивный алгоритм для системы управления ФПУ2 со средней точкой, позволяющий формировать динамику управления ФПУ при попадании в зоны частичной управляемости с учётом зависимости ср(а), которая прогнозируется исходя из перерасчёта производной дер ¡да. Разработанный адаптивный алгоритм создает предпосылки для использования схемотехнического решения ФПУ2 со средней точкой при

работе в линии с различными значениями угла ср, в том числе в зонах ( частичной управляемости.

I Глава 4 посвящена технической реализации аппаратно-программного

I комплекса системы управления и экспериментальным исследованиям разработанных алгоритмов, исполняемых микроконтроллерной системой управления для ФПУ2 со средней точкой. | Разработана структура системы управления (рис. 12), которую по

| исполняемым функциям можно представить в виде модульного исполнения. | Способ реализации модулей выполнен на программном, аппаратном или программно-аппаратном уровне. Также предложено 2 различных способа | реализации модуля «Определение интервалов типа 2 и 3 для трёх фаз с учётом ограничений»: аппаратный (средствами ПЛИС) или программный ! (средствами микроконтроллера). На данном этапе это модуль был реализован I программным способом.

Рис.12. Структура системы управления

Для технической реализации системы управления разработан локальный контроллер управления на основе микроконтроллера | МС9812ХЕР100. Для локального контроллера управления разработано базовое программное обеспечение, осуществляющее исполнение I синтезированных табличных алгоритмов управления для области полной управляемости и адаптивных алгоритмов при попадании ФПУ в области частичной управляемости.

Разработана установка для проведения аппаратно-программного моделирования: макет реальной микроконтроллерной системы управления и виртуальная силовая часть ФПУ и линия электропередачи, рассчитываемые на целевом персональном компьютере в режиме реального времени. Для проведения экспериментов с использованием теории подобия В.А. Веникова

1В

создана масштабируемая по времени модель, уменьшенная в 100 раз, поскольку быстродействия целевого компьютера недостаточно для расчета модели в режиме реального времени.

С помощью разработанного аппаратно-программного комплекса поставлена серия экспериментов для исследования разработанных алгоритмов управления, исполняемых локальным контроллером в режиме реального времени. Исследования проводились при постоянном угле ср и при изменяемом угле ср, на примере двухмашинной расчётной схемы электропередачи.

При постоянном угле ср полный объём переключений состояний ФПУ был успешно совершён при углах ср из области полной управляемости. При углах ср из области частичной управляемости, успешно совершены только допустимые переключения.

При изменяемом угле ср система управления вычисляла зависимость ср(а) и помимо основных алгоритмов управления, реализовала адаптивные при попадании в некоторых ступенях регулирования в область частичной управляемости. В результате полный объём переключений был осуществлён, как из области полной управляемости, так и из области частичной управляемости. Пример результата экспериментальных исследований

Рис.13. Выполнение адаптивного алгоритма при переключении из -4 в -2 ступень регулирования

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведён анализ электромагнитных процессов коммутации тиристоров в мосте переменного тока с учётом неидеальности параметров силовой схемы. Выявлены временные ограничения, накладываемые на интервал коммутации, обеспечивающие надёжность переключения при смене режима работы тиристорного моста переменного тока.

2. Разработаны имитационные модели полупроводниковых ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой (зависимым возбуждением), включая систему управления, позволяющие проводить анализ электромагнитных процессов в статических и динамических режимах работы ФПУ.

3. Предложен новый подход к синтезу алгоритмов управления полупроводниковыми ФПУ. Разработана методика автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей для полупроводниковых ФПУ с ключами на однооперационных тиристорах.

4. Показано, что на основе предложенного подхода, только средствами управления, для схемы ФПУ с независимым возбуждением, возможно увеличение дискретности угла регулирования а в два раза с 10 до 5 эл. град, при сохранении диапазона а от -40 до +40 эл. град. Предложенный подход также позволяет для ФПУ с независимым возбуждением реализовывать двухкоординатное дискретное регулирование его выходных параметров : угла фазового сдвига а и модуля выходного напряжения.

5. Предложены критерии выбора оптимального маршрута переключения из множества сгенерированных. Проведен сравнительный анализ маршрутов, полученных с использованием различных критериев оптимизации. Показаны возможности воздействия на качество переходного процесса в системе, за счет выбора рационального алгоритма переключения тиристорных мостов ФПУ.

6. Предложен способ построения систем управления ФПУ, учитывающий особенности электромагнитных процессов в преобразователях и параметры сети. На основе предложенного способа разработаны структура и математическая модель систем управления для двух схем ФПУ.

7. Синтезированы матрицы переключения вентилей для схем ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой. Разработаны алгоритмы управления ФПУ с динамической сменой таблиц переключения вентилей.

8. Для ФПУ со средней точкой выявлены зоны частичной управляемости в зависимости от угла нагрузки. Предложен алгоритм адаптивного управления, позволяющий минимизировать возмущающее воздействие ФПУ на энергосистему в процессе выхода из области частичной управляемости.

9. Предложены структуры и аппаратные средства системы управления ФПУ. Разработано и отлажено программное обеспечение локального контроллера управления для реализации адаптивного алгоритма управления

ФПУ со средней точкой. Проведена отладка алгоритмов управления на макете (физической модели) системы управления и аппаратно-программном комплексе модельного времени для силовой части ФПУ и линии электропередачи.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Жмуров В.П., Стельмаков В.Н., Ремизевич Т.В., Рашитов П.А. Исследование алгоритмов переключения вентилей мощного фазоповоротного устройства // Электро, 2010, №5, с.27-33.

2. П. Рашитов, Т. Ремизевич. Анализ режимов коммутации тиристорного моста переменного тока в среде PSpice // Силовая электроника, 2010, №2. - с.20-24.

л Гтл Г\/Ч | I ^ ^ ^л л^ ^..........^ _ ._ ^^ ^^ ^^

. х. х СМИЗСБКЧ, 11, i аШИТОВ. wCOuCHHGCTH уПраБлбНйЯ

полупроводниковым ФПУ со средней точкой //Силовая электроника, 2011, №1. - с.78-82.

4. Рашитов П.А. Анализ табличного способа управления фазоповоротным устройством. Информационные технологии, энергетика и экономика. Седьмая межрегиональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Сборник трудов в 3-х томах. - Смоленск: «Универсум», 2010, Т.2.-с. 190-195.

5. Рашитов П.А. Исследование процесса коммутации тиристоров при смене состояния фазоповоротного устройства. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тез. докладов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - Т. 1. - с.263-264.

6. Рашитов П.А. Разработка методики генерации алгоритмов управления фазоповоротным устройством. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Семнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тез. докладов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2011. - Т. 1. - с.265-266.

Подписано в печать J. 0Ь-Яч/Г За к. % Тир. ЮО П. л. (Л ^ Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Введение.

Глава 1. Фазоповоротные устройства: основные виды и область применения. Тиристорный мост переменного тока как бесконтактный коммутатор.

1.1. Обзор мест установки фазоповоротных устройств в ЕНЭС России.

1.2. Базовые топологии ФПУ. Способы регулирования выходного напряжения.

1.3. Бесконтактное переключение обмоток трансформаторов с применением тиристорного моста переменного тока.

1.4. Полупроводниковое ФПУ с независимым возбуждением и продольно-поперечным регулированием.

1.5. Полупроводниковое ФПУ со средней точкой сериесного трансформатора.

1.6. Анализ режимов коммутации тиристорного моста переменного тока

1.6.1. Исследование процесса коммутации при смене режима работы моста из 11 в 10.

1.6.2. Расчёт времени коммутации тока в тиристоре.Г.

1.6.3. Исследование процесса коммутации при смене режима работы моста из 10 в 01.

1.6.4. Определение интервалов для надёжной коммутации тиристорного моста.

Глава 2. Алгоритмы управления ФПУ при работе на линию с постоянным коэффициентом мощности.

2.1. Формирование подходов к синтезу алгоритмов управления.

2.2. Методика генерации маршрутов переключения.

2.3. Определение оптимального маршрута переключения.

2.4. Модель системы управления для ФПУ с независимым возбуждением

2.5. Синтез алгоритмов управления для ФПУ со средней точкой.

Глава 3. Алгоритмы управления ФПУ при работе на линию с изменяющимся коэффициентом мощности.

3.1. Анализ режимов работы ФПУ в местах предполагаемой установки

3.2. Синтез алгоритмов управления для ФПУ с независимым возбуждением в диапазоне углов ф от -180° до 180°.

3.3. Синтез алгоритмов управления для ФПУ со средней точкой в диапазоне углов ф от -180° до 180°.

3.4. Анализ зависимости угла ф линии от угла регулирования ФПУ.

3.5. Синтез адаптивных алгоритмов управления для ФПУ со средней точкой.

Глава 4. Разработка аппаратно - программного комплекса системы управления ФПУ.

4.1. Анализ и определение структуры для технической реализации системы управления.

4.2. Экспериментальное исследование работоспособности микроконтроллерной системы управления.

4.2.1. Проверка работоспособности микроконтроллерной системы управления при постоянном угле ф.

4.2.2. Проверка работоспособности микроконтроллерной системы управления ФПУ с учётом изменяемости угла ф на примере двухмашинной схемы электропередачи.

Актуальность проблемы. В настоящее время в связи с развитием электроэнергетики актуальной задачей является управление режимами работы энергосистемы с целью регулирования потоков электроэнергии в сложных сетях. Решение поставленной задачи осуществимо с помощью применения технологии гибких (управляемых) систем электропередач переменного тока в зарубежной терминологии называемой FACTS (Flexible AC Transmission Systems) [1, 10, 19, 27, 55, 61-63].

Фазоповоротное устройство (ФПУ) является одним из перспективных вариантов реализации управляемых линий электропередач [3, 18, 60, 76]. ФПУ создаёт фазовый сдвиг между напряжением первичных шин и напряжениями вторичных шин путём ввода вольтодобавочного напряжения в месте установки, что позволяет управлять потоками мощности в линиях передач переменного тока.

В современной мировой практике ФПУ широко применяются во многих энергосистемах, но все они построены на основе механических переключателей [11, 69, 70, 79]. Технология FACTS предусматривает создание управляемых электропередач, оснащённых элементами современной силовой электроники, на базе которых построены различного рода статические преобразователи[40, 54]. Благодаря применению приборов силовой электроники, повышается надежность и срок службы высоковольтного коммутатора в составе ФПУ, многократно увеличивается быстродействие, что ведет к повышению динамической устойчивости энергетической системы путём демпфирования колебаний, возникающих во время переходных электромеханических процессов [22, 56, 59, 64, 67]. Поэтому в мире, в том числе и России, активно ведутся работы по разработке и исследованию полупроводниковых ФПУ, на основе управляемых силовых ключевых приборов [44, 68, 73].

Внедрением полупроводниковых ФЕТУ в ЕНЭС России в настоящее время занимаются ОАО «Энергетический институт им. 4

Г.М. Кржижановского» («ЭНИН») совместно с ОАО «Институт Энергосетьпроект» и ОАО «НТЦ Электроэнергетики» [26, 44, 65]. Вместе с тем вопросы разработки полупроводниковых ФПУ на основе управляемых силовых ключей, практически не изучены и не проработаны, в мире не введено в эксплуатацию на текущий момент ни одного такого устройства [75].

Таким образом, задача исследования электромагнитных процессов в силовых схемах полупроводниковых ФПУ, анализа и разработки алгоритмов управления, является своевременной и актуальной, и требует детального рассмотрения.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов управления мощными многовентильными фазоповоротными устройствами.

Задачи диссертации. Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Разработка имитационных моделей двух различных модификаций полупроводниковых ФПУ;

2. Исследование электромагнитных процессов коммутации в мосте переменного тока, на основе однооперационных тиристоров;

3. Разработка методики синтеза алгоритмов управления полупроводниковыми ФПУ;

4. Разработка и исследование алгоритмов управления для двух модификаций полупроводниковых ФПУ;

5. Техническая реализация аппаратно-программных средств системы управления: разработка локального контроллера управления и базового программного обеспечения.

Методика исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались: теория электрических цепей, теория систем линейных уравнений, методы численного моделирования (МаЙаЬ^тиНпк, РБрюе), методы интерактивной отладки микропроцессорных систем управления с использованием интегрированной среды разработки для встраиваемых систем Metrowerks CodeWarrior. При проведении экспериментальных исследований использовался метод аппаратно-программного моделирования (полунатурного эксперимента) работы системы в режиме реального времени.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математического аппарата, сопоставлением основных результатов, полученных на основе математического моделирования, экспериментами по воспроизведению разработанных алгоритмов управления на макете (физической модели) СУ и аппаратно-программном комплексе модельного времени для силовой части ФПУ и линии электропередачи.

Научная новизна:

1. Разработаны имитационные модели полупроводниковых ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой (зависимым возбуждением), включая систему управления.

2. Предложен новый подход к синтезу алгоритмов управления полупроводниковыми ФПУ, основанный на использовании всех теоретически возможных состояниях ФПУ. Разработана методика автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей для различных модификаций полупроводниковых ФПУ с ключами на однооперационных тиристорах.

3. Разработаны алгоритмы управления ФПУ с динамической сменой таблиц переключения вентилей, учитывающие полный диапазон возможных значений фазового сдвига между током и напряжением в линии (<р) от -180 до 180 эл. град.

4. Разработан адаптивный алгоритм управления ФПУ со средней точкой, позволяющий минимизировать возмущающее воздействие ФПУ на энергосистему в процессе выхода из области частичной управляемости.

Практическая полезность:

1. Предложен алгоритм реализации полной управляемости ФПУ во всем диапазоне значений углов фазового сдвига между током и напряжением линии (-180 . 180 эл. град.) на основе синтезированных матриц переключения вентилей для схемы ФПУ с независимым возбуждением.

2. Разработана адаптивная система управления ФПУ со средней точкой с реализацией прогнозирования зависимости ф(а) (а - угол регулирования ФПУ) на основе алгоритма наблюдателя. Синтезированы матрицы переключений вентилей для ФПУ со средней точкой.

3. Предложены структуры и аппаратные средства системы управления ФПУ. Разработано и отлажено программное обеспечение локального контроллера управления для реализации адаптивного алгоритма управления ФПУ со средней точкой.

Внедрение результатов работы. Разработанные алгоритмы управления лежат в основе системы управления фазоповоротным устройством, реализуемым в рамках договора между ОАО «ЭНИН» и ОАО «ФСК ЕЭС» по созданию опытно-промышленного образца ФПУ для выбранного объекта ЕНЭС России.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Анализ электромагнитных процессов коммутации в тиристорном мосте переменного тока.

2. Имитационные модели полупроводниковых ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой (зависимым возбуждением), включая систему управления.

3. Методика автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей для полупроводниковых ФПУ с ключами на однооперационных тиристорах.

4. Результаты исследования синтезированных алгоритмов переключения вентилей для двух схем полупроводниковых ФПУ.

5. Алгоритмы управления ФПУ с динамической сменой таблиц переключения вентилей. Алгоритм адаптивного управления для ФПУ со средней точкой.

6. Результаты экспериментальной проверки разработанных адаптивных алгоритмов на примере двухмашинной расчётной схемы с установкой в ней ФПУ со средней точкой.

Апробация полученных результатов: Основные результаты работы докладывались на заседании кафедры «Промышленная электроника» Московского энергетического института (Технического университета); XVI, XVII международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (МЭИ(ТУ), г. Москва, 2010г., 2011г.); на VII Межрегиональной научно-технической конференции «Информационные технологии, энергетика и экономика» (СФ МЭИ, г. Смоленск, 2010г.).

Публикации. Основные результаты диссертации освещены в 6 научных работах, из них одна в издании, рекомендованной ВАК РФ.

Структура и объём работы: диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложения и списка используемой литературы. Общий объём диссертации (без приложений) составляет 162 страницы машинописного текста, 69 иллюстраций и 17 таблиц. Список используемой литературы изложен на 9 страницах и содержит 82 наименований.

Выводы по главе 4:

1. Разработана структура системы управления и определены требования к ее составным частям. Поставлена задача моделирования режимов работы силовой схемы ФПУ со средней точкой совместно с системой управления в энергосети.

2. Разработана установка для проведения аппаратно-программного моделирования, которая состоит из макета микроконтроллерной системы управления и виртуальной силовой части электропередачи, считаемой на целевом персональном компьютере в режиме реального времени. При этом для проведения экспериментов создана масштабируемая по времени модель, уменьшенная в 100 раз, поскольку иначе целевой персональный компьютер не успевал обсчитывать модель в режиме реального времени.

3. Проведена экспериментальная проверка работоспособности микроконтроллерной системы управления ФПУ с применением аппаратно-программного моделирования при постоянном угле ср. Получено подтверждение совершения полного объема переключений состояний ФПУ для углов ф из области полной управляемости и для допустимых значений из области частичной управляемости.

4. Проведена экспериментальная проверка работоспособности микроконтроллерной системы управления ФПУ с применением аппаратно-программного моделирования при изменяемом угле ф, на .примере двухмашинной расчётной схемы электропередачи. Осуществлена проверка работы адаптивных режимов работы системы управления при попадании ФПУ в область частичной управляемости.

Заключение

1. Проведён анализ электромагнитных процессов коммутации тиристоров в мосте переменного тока с учётом неидеальности параметров силовой схемы. Выявлены временные ограничения, накладываемые на интервал коммутации, обеспечивающие надёжность переключения при смене режима работы тиристорного моста переменного тока.

2. Разработаны имитационные модели полупроводниковых ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой (зависимым возбуждением), включая систему управления, позволяющие проводить анализ электромагнитных процессов в статических и динамических режимах работы ФПУ.

3. Предложен новый подход к синтезу алгоритмов управления полупроводниковыми ФПУ. Разработана методика автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей для полупроводниковых ФПУ с ключами на однооперационных тиристорах.

4. Показано, что на основе предложенного подхода, только средствами управления, для схемы ФПУ с независимым возбуждением, возможно увеличение дискретности угла регулирования а в два раза с 10 до 5 эл. град, при сохранении диапазона а от -40 до +40 эл. град. Предложенный подход также позволяет для ФПУ с независимым возбуждением реализовывать двухкоординатное дискретное регулирование его выходных параметров : угла фазового сдвига а и модуля выходного напряжения.

5. Предложены критерии выбора оптимального маршрута переключения из множества сгенерированных. Проведен сравнительный анализ маршрутов, полученных с использованием различных критериев оптимизации. Показаны возможности воздействия на качество переходного процесса в системе, за счет выбора рационального алгоритма переключения тиристорных мостов ФПУ.

6. Предложен способ построения систем управления ФПУ, учитывающий особенности электромагнитных процессов в преобразователях и параметры сети. На основе предложенного способа разработаны структура и математическая модель систем управления для двух схем ФПУ.

7. Синтезированы матрицы переключения вентилей для схем ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой. Разработаны алгоритмы управления ФПУ с динамической сменой таблиц переключения вентилей.

8. Для ФПУ со средней точкой выявлены зоны частичной управляемости в зависимости от угла нагрузки. Предложен алгоритм адаптивного управления, позволяющий минимизировать возмущающее воздействие ФПУ на энергосистему в процессе выхода из области частичной управляемости.

9. Предложены структуры и аппаратные средства системы управления ФПУ. Разработано и отлажено программное обеспечение локального контроллера управления для реализации адаптивного алгоритма управления ФПУ со средней точкой. Проведена отладка алгоритмов управления на макете (физической модели) системы управления и аппаратно-программном комплексе модельного времени для силовой части ФПУ и линии электропередачи.

1. Александров Г.Н. Технология гибких линий электропередачи и электропередач, настроенных на передаваемую мощность // Электричество. 2006. №6. - с. 2-6.

2. Барретт С.Ф., Пак Д. Дж. Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С. М.: ДМК-пресс, 2007. -640 с.

3. Бушуев В.В., Калюжный А.Х., Кречмер JI.B., Шушуев A.A. Применение фазоповоротных устройств для упрощения потокораспределением в энергосистемах// Электричество. 1990. №11. -с. 6-11.

4. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: учебник для электроэнергетических специальностей вузов. 4-е изд. перераб. и доп. М: Высшая школа, 1985.-536 с.

5. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. -М.:Высшая школа, 1984. -439 с.

6. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Издательский дом Додека-ХХ1, 2005.-384 с.

7. Герасименко А. А. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие/А. А. Герасименко, В. Т. Федин. — Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. — 720 с.

8. Герман-Галкин С. Г. Силовая электроника. Лабораторные работы на ПК. СПб.: КОРОНА принт, 2002. - 304 с.

9. И. Грехов. Силовая полупроводниковая электроника // Компоненты и технологии. 2006. №3. с. 106-111.

10. Дорофеев В.В., Шакарян Ю.Г., Кочкин В.И. и др. Перспективы применения в ЕЭС России гибких (управляемых) электропередач переменного тока // Электрические станции. 2004. №8. с. 10 - 13.

11. П.Евдокунин Г., Николаев Р., Искаков А., Оспанов Б., Утегулов Н. Фазоповоротный трансформатор. Впервые в СНГ применен в Казахстане//Новости Электротехники. 2007. №6.

12. Жмуров В.П., Стельмаков В.Н., Ремизевич Т.В., Рашитов П.А. Исследование алгоритмов переключения вентилей мощного фазоповоротного устройства// Электро. 2010. №5. с.27-33.

13. Забровский С. Г., Лазарев Г. Б., Штейнберг А. Ю. Перенапряжения в системах с тиристорными преобразователями. Кишинев, «Штиинца», 1979, 160 с.

14. Зильберблат М.Э. Сравнительный анализ схем фазоповоротных трансформаторов // Электричество. 1978. № 8. с. 50 - 57

15. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Издание 3 / Г.С. Зиновьев. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 672 с.

16. Калюжный А.Х. Управление потоками мощности в электрических сетях с помощью фазоповоротных трансформаторов // Электричество. 1986. №11.-с. 12-18.

17. Дж. Кеоун. ОгСАБ Рэрюе. Анализ электрических цепей. М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. 640 с.

18. Киорсак М.В., Солдатов В.А., Зайцев Д.А. Гибкие линии электропередачи с продольно-емкостной компенсацией и фазоповоротным трансформатором. Кишинев: АН Республики Молдова. 1997.-213 с.

19. Кочкин В.И., Шакарян Ю.Г. Режимы работы управляемых линий электропередачи // Электричество. 1997. №9. с. 3-8.

20. Крогерис А., Рашевиц К., Рутманис Л., Трейманис Э., Шинка Я. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии Рига: Зинатне, 1969.-531 с.

21. Лабунцов В. А., Тугов Н.М. Динамические режимы эксплуатации мощных тиристоров. М.: Энергия, 1977. 192 с.

22. Лыкин A.B. Электрические системы и сети: учебное пособие. М: Университетская книга; Логос, 2008. - 254 с.

23. Мельников H.A. Электрические сети и системы. М.: "Энергия", 1975. -463 с.

24. Мисриханов М.Ш., Ситников В.Ф., Тузлукова Е.В., Хвощинская З.Г., Злобина М.А., Иващенко Т.Е. Возможности применения фазоповоротных устройств в ЕНЭС России// Вестник ИГЭУ. 2005. Вып. 5.-с. 42-44.

25. Мисриханое М.Ш., Рябченко В.К, Ситников В.Ф. Основы технологии FACTS // Электро-Info. декабрь 2007. с. 61-69.

26. Олыпванг М.В. Особенности кросс-трансформаторной технологии транспортирования энергии по сетям 110-765 кВ // Электро. 2004. №2. -с. 6-12.

27. Олыпванг М.В., Савкин Д.А. Очищение развитых электросетей от неадекватных транспортных потоков с применением кросс-трансформаторов // Электро. 2003. №5. с. 9-17.

28. Отчет по НИР «Исследование эффективности применения в ЕНЭС фазоповоротных устройств и разработка алгоритмов их управления».

29. Этап 2. M.: ОАО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского», 2005.

30. Разевиг В. Д. Система проектирования OrCAD 9.2. M.: Солон-Р. 2001. 528 с.

31. П. Рашитов, Т. Ремизевич. Анализ режимов коммутации тиристорного моста переменного тока в среде РБрюе/УСиловая электроника. 2010. №2. с.20-24.

32. Т. Ремизевич, П. Рашитов. Особенности управления полупроводниковым ФПУ со средней точкой //Силовая электроника. 2011. №1. с.78-82.

33. Розанов Ю.К., Рябчинский.М.В., Кваснюк A.A. Силовая электроника: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ. 2007. - 632с.

34. Розанов Ю.К. Основные этапы развития и современное состояние силовой электроники // Электричество.' 2005. №7.

35. Руденко В. С. Основы преобразовательной техники : Учебник для вузов по специальности "Промышленная электроника" / B.C. Руденко, В. И. Сенько, И. М. Чиженко . 2-е изд., перераб. и доп . - М. : Высшая школа, 1980 .-424 с.

36. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения. М.: Издательство МЭИ, 2007. 488 с.

37. Сергиенко«А.Б. Цифровая обработка сигналов. 3-е изд. СПб: БХВ-Петербург. 2011. - 768 с.

38. Стельмаков В.Н., Жмуров В.П., Тарасов А.Н., Гринштейн Б.И., Тузлукова Е.В. Фазоповоротные устройства! с тиристорным управлением// Энергетик. 2010. №8. с. 20-23.

39. Тиристоры (Технический справочник). Пер. с англ., под ред. В.А. Лабунцова, С.Г. Обухова, А.Ф. Свиридова М.: Энергия, 1971. — 560 с.

40. Тугов Н. М. Полупроводниковые приборы : Учебник для вузов по специальности "Промышленная электроника" / Н. М. Тугов, Б. А. Глебов, Н. А. Чарыков ; Ред. В. А. Лабунцов . М. : Энергоатомиздат, 1990 .-576 с.

41. Уильяме Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление. Справочное пособие: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1993. - 240 с.

42. Управляемые полупроводниковые вентили / Ф. Джентри, Ф. Гутцвиллер, Н. Голоньяк, Э. фон Застров. Пер. с англ., под ред. В.М. Тучкевича-М.: Мир, 1967. -456с.

43. Холмский В.Г. Применение регулируемых трансформаторов в электрических сетях. М.: Госэнергоиздат. 1950. -152 с.

44. Чебан В.М. и др. Управление режимами электроэнергетических систем в аварийных ситуациях: учебное пособие для электроэнергетических специальностей вузов/ В.М. Чебан, А.К. Ландман, А.Г. Фишов М.: Высшая школа, 1990. - 144 с.

45. Чебан В.М., Долгов А.П., Фишов А.Г., Григоркин Б.О., Ландман А.К. Фазовое управление в электроэнергетических системах и системах электроснабжения. // Энергетика. 2000. №11.

46. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. 288 с.

47. Электрические системы. Т. III. Передача энергии переменным и постоянным током высокого напряжения / Под ред. В.А. Веникова. -М.: Высшая школа. 1972.-368 с.

48. Энергетическая электроника. Пер. с нем. под ред. В.А. Лабунцова -М.: Энергоатомиздат, 1987. 464 с.

49. ABB Review: FACTS solutions to power flow control & stability problems. Sweden: ABB Power Systems AB, 1999, 16 p.

50. E. Acha, V. G. Agelidis, O. Anaya-Lara, and T. J. E. Miller. Power Electronic Control in Electrical Systems. Newnes, 2002.

51. Roger L. Avant, F.C. Lee, D.Y.Chen. A Practical SCR model for computer aided analysis of AC resonant charging circuits. IEEE Power Electronics Specialist Conference, Page(s): 232-243, Jule. 1981.

52. M. Belivanis, K. R. W. Bell. Coordination of phase-shifting transformers to improve transmission network utilization. IEEE, ISGT, v2, 2010.

53. M. Crappe, L. Gertmar, A. Haböck, W. Leonhard, D. Povh. Power electronics and control by microelectronics in future energy systems. EPE Journal, Vol. 10, No. 1,2000.

54. A. Gabrijel, B. Mihalic. Phase-shifting transformers in a structure-preserving energy function / Electric power systems research 74, 2005.

55. Glanzmann G. FACTS: Flexible Alternating Current,Transmission Systems / EEH Power Systems Laboratory ETH Zurich, 2005.

56. G. Hug-Glanzmann. Coordinated power flow control to enhance steady-state security in power systems. Dissertation, Swiss Federal Institute of Technology, Zurich, 2008.

57. Hingorani, N. G., Gyugyi, L.: Understanding FACTS. New York: IEEE Press, 2000, 432 s.

58. Hill A.T., Eitzmann M.A., Eilts L.E. , Richardson R.H. Thyristor-control of an existing phase shifter. EPRI Confidential -1991, pp. 1-13.

59. Z. Hvoshinskaya, V. Sitnikov, V. Kochkin, Y. Shakaryan, N. Shulginov Prospects of FACTS devices application in the power grid of Russia// 42 CIGRE Session, SC B4 «HVDC and power electronics», 2008.

60. M. A. Ibrahim, F. P. Stacom. Phase angle regulating transformer protection. IEEE Trans. Power Del., vol. 9, no. 1, pp. 394-404, Jan.

61. A. Ishigame, J. Zhao and T. Taniguchi. Representation and control of high speed phase shifter for an electric power system. IEEE Proc.-Gener. Transm. Distrib., Vol. 145, No. 3, 1998, pp. 308 314

62. M. R. Iravani and D. Maratukulam. Review of semiconductor controlled (static) phase shifters for power systems applications. IEEE Transactions on Power Systems, 9(4), 1994.

63. N. Johansson. Control of dynamically assisted phase-shifting transformers. KTH, Stockholm, 2008.

64. A. Krämer, J. Ruff. Transformer for Phase Angle Regulation considering the Selection of On-Load Tap-Changers. IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 13,No.2, 1998. pp 518-525.

65. A. Marinakis, M. Glavic and T. Van Cutsem. Minimal Reduction of Unscheduled Flows for Security Restoration: Application to Phase Shifter Control. IEEE Trans. Power Syst.,vol. 24, no. 4, 2009

66. Muhammad H. Rashid. Power Electronics Handbook. Elsevier, 2007, 1153p.

67. R. Mohan Mathur, Rajiv K. Varma. Thyristor-based FACTS controllers for electrical transmission systems. Wiley-IEEE Press, 2002, 495p.

68. Murray A. Eitzmann et al. Combined solid-state and mechanically-switched transformer tap-changer. U.S. patent № 5408171, 1995.

69. S.-H. Song, J.U. Lim, S.-I. Moon. Installation and operation of FACTS devices for enhancing steady-state security / Electric power systems research 70, 2004.

70. W. Seitlinger. Phase shifting transformers discussion of specific characteristics. CIGRE Session 12-306, 1998.

71. E.Uzunovic. EMTP Transient Stability and Power Flow Models and Controls of VSC Based FACTS Controllers, P.hD Thesis, University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada, 2001.

72. J. Verboomen, D. Van Hertem, P. H. Schavemaker, W. L. Kling, and R. Belmans. Phase shifting transformers: Principles and applications," in Future Power Systems (FPS) 2005, Amsterdam, the Netherlands, November 2005, 6 p.

73. J. Verboomen, D. Van Hertem, P. H. Schavemaker, W. L. Kling and R. Belmans. Border-Flow Control by means of Phase Shifting Transformers. IEEE PowerTech, Lausanne, 2007

74. J. Verboomen. Optimization of transmission systems by use of shifting transformers. Dissertation, Technische Universiteit Delft, 200882. xPC Target 4 // The Math Works Inc. Datasheet. 2008.