автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Универсальный регулятор качества электроэнергии на основе последовательного и параллельного активных фильтров

На правах рукописи

САЗОНОВ ВЛАДИМИР ВАЛЕРЬЕВИЧ

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ

Специальность 05 09 01. «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

с<0

МОСКВА 2007

003060260

Работа выполнена в Государственном Образовательном Учреждении Высшего Профессионального Образования Московском Энергетическом Институте (Техническом Университете) на кафедре Электрических и Электронных аппаратов

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Розанов Юрий Константинович

Официальный оппонент - доктор технических наук,

профессор Лукин Анатолий Владимирович

кандидат технических наук, доцент Буре Ирина Георгиевна

Ведущее предприятие - Высоковольтный научно-исследовательский центр -

филиал Государственного унитарного предприятия "Всероссийский электротехнический институт имени В И Ленина" (ВНИЦ ВЭИ, г Истра)

Защита состоится « 22 » июня 2007 г

на заседании диссертационного совета Д 212 157 15 при ГОУВПО МЭИ (ТУ) в аудитории Е-205 в И час QQ мин по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул , д 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО МЭИ (ТУ)

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул, д 14, Ученый совет МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан «_»_2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157 15 ктн доц

Соколова Е М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы Нормальная работа современного электрооборудования, применяемого в различных сферах человеческой деятельности, и выполнение возложенных на нею функций зависит от качества электроэнергии

В связи с развитием электроэнергетики проблема улучшения качества этектроэнергии приобретает все большее значение Она усугубилась вместе с широким внедрением, как на производстве, так и в быту, силовых этектронных преобразователей Это связано с их негативным влиянием на сеть, что проявляется, в основном, в виде увеличения реактивной мощности и мощности искажения Причиной этого является импульсный характер процессов преобразования электроэнергии посредством ключевых этечентов

Для улучшения качества электроэнергии традиционно используются устройства тиристорные стабилизаторы, конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы, пассивные фильтры Кроме этого получили распространение аппараты бесперебойного питания (АБП), и регуляторы качества электроэнергии, которые, как правило, имеют несколько функций Обладая опредетенными недостатками, эти устройства не позволяют в ряде случаев эффективно решать возложенные на них задачи

Новая эчечентная база силовой электроники, появившаяся в 90-х годах XX века, позволила создавать эффективные преобразователи переменного/постоянного тока, работающих в 4-х квадрантах комплексной плоскости параметров на стороне переменного тока, что позволяет управлять потоками электроэнергии в любом направлении по заданному закону При подключении накопителей энергии к преобразователю со стороны постоянного тока становится возможным осуществлять обмен реактивной мощностью, включающей мощность высших гармоник между сетью переменного тока и накопителем Эта схема лежит в основе наиболее эффективных и перспективных методов регулирования качества электроэнергии, которые были применены при создании активных и гибридных фильтров, предназначенных для устранения искажений тока или напряжения

Современные методы активной фичьтрации и компенсации неактивной мощности были успешно использованы для решения других задач, связанных с обеспечением качества электроэнергии С учетом возможностей активного фильтра, был разработан регулятор качества электроэнергии нового поколения, что нашло свое отражение в работах проводимых на кафедре ЭиЭА Розановым Ю К, Рябчицким М В , Кваснюком А А и др Это устройство способно стабилизировать напряжение на нагрузке, обеспечивая при этом фильтрацию токов высших гармоник и компенсацию реактивной мощности нагрузки

Оно яв тается одним из самых перспективных на сегодняшний день, поскольку в отличие от других, выполняющих те же функции, использует однократное преобразование энергии с загрузкой силовой части регулятора пропорционально ухудшению качества электроэнергии

Однако такой регулятор качества электроэнергии, несмотря на свои преимущества, имеет ряд недостатков Высокая мощность силовой части регулятора, превышающая мощность нагрузки Коэффициент мощности регулятора близок к единице только при номинальном входном напряжении, и снижается, изменяя свой характер на емкостной или индуктивный при снижениях и повышениях входного напряжения соответственно Сетевой ток искажается если напряжение питающей сети искажено, а также невозможно обеспечить качественное питание нагрузки при несинусоидальном входном напряжении

Актуальной является задача опрсдетения схемотехнического решения, позволяющего устранить указанные недостатки и расширить функциональные возможности регулятора качества электроэнергии, что и определило тему диссертационной работы

Цель работы. Создание универсального рсгутятора качества электроэнергии (УРКЭ) с улучшенными технико-экономическими показателями, совмещающего в себе функции последовательного и параллельного активных фильтров и обеспечивающего заданное качество выходного напряжения, фильтрацию высших гармоник тока и компенсацию реактивной мощности нагрузки при различных возмущающих воздействиях нагрузки и питающей сети, включая кратковременные провалы входного напряжения и искажение его формы

Достижение цели исследования потребовало решение следующих научно-исследовательских и практических задач

1 Проведения аналитического обзора современных научно-технических решений в области улучшения качества электроэнергии и выявление наиболее перспективных методов регулирования параметров электроэнергии с применением силовых электронных приборов,

2 Разработки принципа создания универсального регулятора качества этектроэнергии на основе последовательного и параллельного активных фильтров,

3 Проведения анализа этемромагнитных процессов в статических и динамических режимах работы и на его основе разработка методики инженерного проектирования силовои части регулятора,

4 Разработки алгоритма управления и системы управления регулятором качества электроэнергии, позволяющих реализовать его функции и обеспечить своевременную защиту при возникновении аварийных ситуаций,

5 Разработки математических моделей

Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы методы математического анализа, методы теории электрических цепей, численные методы решения уравнений на ЭВМ, методы теории автоматического управления (частотные характеристики и частотный анализ качества), методы анализа преобразователей переменного/постоянного тока и математического моделирования

Обоснование и достоверность результатов. Справедливость теоретических положений подтверждается использованием апробированных методов анализа электромагнитных процессов в силовых электронных устройствах и корректностью принятых допущений, а также результатами компьютерного и физического моделирования

Научная новизна. На защиту выносятся

1 Принцип создания универсального регулятора качества этектроэнергии на основе последовательного и параллельного активных фильтров для управления электрическими параметрами сети на основе векторного управтения током и напряжением,

2 Методика инженерного проектирования элементов силовой части,

3 Принцип построения и алгоритм функционирования цифровой системы управления,

4 Математическая модель для исследования характеристик ре1улятора в статических и динамических режимах работы

Практическая ценность. В результате выполненной работы разработано новое схемотехническое решение универсального регулятора качества электроэнергии, позволяющего снизить мощность силовой части ранее разработанных регуляторов и в тоже время расширить их функциональные возможности, позволяющие обеспечить высокое качество электроснабжения потребителей, и компенсировать их негативное влияние на сеть

Реашзация работы. Полученные результаты работы использованы в работах проводимых кафедрой ЭиЭА МЭИ (ТУ) совместно с МЗЭП (Московский завод электроизмерительных приборов) по разработке макетных образцов бытовых кондиционеров сети для повышения качества электроэнергии

Апробация Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях МКЭЭЭ -2006 (Крым, Алушта), СЭЭ-2006 (Украина) а также на заседаниях кафедры ЭиЭА

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы и получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на изобретение по заявке № 2006108820/09(009588) от 21 03 06 «Стабилизатор напряжения»

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы Объем работы составляет 171 стр и содержит 92 рисунка, 8 таблиц, 84 наименования списка литературы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи исследования, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы

В первой главе проведен анализ показателей качества электроэнергии (ПКЭ) на основе отечественных и зарубежных стандартов, а также выявлены наиболее часто встречающиеся счучаи ухудшения качества элекгроэнергии Определены группы потребителей наиболее критичных к отклонениям разпичных показателей качества Показана важность стабильности питающего напряжения для надежной работы пофебителей электроэнергии Отмечено, что наиболее частым видом ухудшения качества электроэнергии как в России, так и за рубежом является пониженное напряжение, а также кратковременные провалы (1-3 периода) напряжения сети Показано негативное влияние нелинейных потребителей на качество электроэнергии, а также рассмотрены последствия воздействия высших гармоник на электрические машины, батареи конденсаторов, электрические и электронные аппараты

Рассмотрены различные устройства, предназначенные для улучшения качества электроэнергии Показаны их преимущества и недостатки Обзор средств улучшения качества электроэнергии показал, что большинство из существующих методов направтены на улучшение одною ПКЭ, поэтому их применение не всегда эффективно и экономически цечесообразно Сделан вывод о необходимости создания новых устройств, способных комплексно решать проблему качества электроэнергии в системе питающая сеть потребитель

Разработанные на сегодняшний день регуляторы качества электроэнергии на базе пяраллельных активных фичьтров (рис 1) способны в большинстве случаев не только обеспечить качественное питание потребителей, но и скомпенсировать их негативное влияние на СЭ Однако они имеют ряд недостатков, ограничивающий их примеиение с увеличением мощности нагрузки (целесообразно применение до 1 кВт) Поэтому актуальной

является задача совершенствования схемы регулятора (снижение мощности преобразователя параллельного активного фильтра) и расширение его функциональных возможностей

вход

в

выход

■Л*

АФ ! [Ч

Конденсат орная батарея

Х^етыргхьвадрантный преобразоватвл ь

2н

Рис 1 Принципиальная схема регулятора качества электроэнергии

Регулятор качества электроэнергии состоит из параллельного активного фильтра и дросселя I (рис 1) Активный фильтр осуществляет фильтрацию тока нелинейной нагрузки 1ц за счет генерации высших гармоник тока в противофазе с токами высших гармоник нагрузки Благодаря этому высшие гармоники тока нагр>зки компенсируются в узле подключения фильтра С другой стороны преобразователь компенсирует реактивпую составляющую тока нагрузки и генерирует реактивный ток в сеть Причем, если напряжение сети выше номинального значения сетевой ток имеет индуктивный характер, что приводит к снижению напряжения на нагрузке и наоборот, а если напряжение сети ниже номинала ток будет емкостным, что приведет к увеличению напряжения на нагрузке

В более широком смысле активный фильтр в данном случае можно считать регулятором полной реактивной мощности, включая мощность основной гармоники и мощность искажений При этом активный фильтр способен, с одной стороны, скомпенсировать реактивную мошность нагрузки, а с другой стороны, создать поток реактивной мощности в сеть Таким образом, активный фильтр регулирует, в том числе, величину и характер реактивного тока сети через дроссеть I

В устройстве используется свойство недиссипативности, т е интеграл мгновенной мощности активного фильтра за период основной частоты равен нулю, что позволяет использовать на стороне постоянного тока преобразователя накопитель энергии в виде конденсатора

Принцип управления регулятора, основан на формировании активным фильтром синусоидального напряжения с постоянной амплитудой сдвинутого относительно входного напряления на некоторый >гол <р Это позволяет создать необходимый поток активной

мощности из сети Рс При этом если активная мощность нагрузки Рн не равна Рс> то их разность компенсируется за счет энергии накопительного конденсатора преобразователя

Изменяя угол ц> в зависимости от напряжения на накопительном конденсаторе можно регулировать активную мощность Рс Уменьшение напряжения на накопительном конденсаторе вызывает увеличение угла, а увеличение напряжение - уменьшение утла Бтагодаря этому указанное напряжение остается в заданных пределах

Во время работы регулятора качества этектроэнергии нагрузка питается стабилизированным напряжением Из сети потребляется синусоидальный ток при условии синусоидальности входного напряжения Это обеспечивает фильтрацию высших гармоник тока нагрузки Если форма входного напряжения отлична от синусоиды, то это приведет к потреблению из сети нссинусоидального тока Однако нагрузка и в этом случае будет по-прежнему питаться стабилизированным синусоидальным напряжением

Основными недостатками регулятора, как уже было упомянуто выше, являются

- Высокая мощность преобразоватетя активного фильтра, превышающая мощность нагрузки

- Не осуществляется компенсация искажений напряжения сети Ток, потребляемый из сети, имеет синусоидальную форму при условии синусоидальности входного напряжения Если форма входного напряжения отлична от синусоиды, то это приведет к потреблению из сети несинусоидального тока

- Входной коэффициент мощности регулятора равен единице только при номинальном входном напряжении Его значение снижается, изменяя свой характер на емкостной или индуктивный при снижениях или повышениях входного напряжения

Указанные обстоятельства ограничивают эксплуатационные и функциональные возможности регулятора качества электроэнергии

В этой связи опредетены задачи дальнейшего исследования

1 разработать новое схемотехническое решение позволяющее расширить функции регулятора и устранить его недостатки,

2 разработать методику инженерного проектирования силовой части регулятора с учетом новых режимов работы,

3 разработать новый принципа управления и алгоритм функционирования в различных режимах работы,

4 создать математические модели необходимые для проектирования универсального регулятора качества этектроэнергии

Во второй главе для расширения функций регулятора качества этектроэнергии а именно фильтрации высших гармоник напряжения сети, обеспечение коэффициента мощности равного единице, а также снижения мощности силовой части регулятора и улучшения его массогабаритных показателей предложено заменить дроссеть включенный между сетью и параллельным активным фильтром (АФ) (рис 1) на последогатепьный активный фильтр и применить новый принцип управления Эти изменения позволили обеспечить высокое качество выходного напряжения независимо от формы напряжения питающей сети (возможно подключение нагрузки через регулятор непосредственно к выходу инвертора) с одновременной фильтрацией токов высших гармоник и компенсацией реактивной мощности нагрузки

Ка рис 3 показана э гектрическая схема силовой части универсального осгулятора качества электроэнергии (УРКЭ)

Контакт op

-О--

Сетъ

Ci

Li

rif At

им

Последовательный АФ (KH)

■Л h&l

Параллельный АФ (KM)

Нагрузка

Рис 3 Электрическая схема универсального регулятора качества электроэнергии

Последовательный (АФ) подключается между сетью и нагрузкой через согласующий трансформатор Т Его задачей является компенсация высших гармоник напряжения сети и отклонения основной гармоники напряжения сети от номинального значения Принцип действия последовательного АФ заключается в формировании на вторичной обмотке согласующего трансформатора (включенной между сетью и нагрузкой) напряжения равного отклонению напряжения сети от номинального значения Если сетевое напряжение меньше номинального (рис А,а), то напряжение, генерируемое поеледоватечьным АФ, совпадает по фазе с напряжением сети, а если превышает, то сдвинуто относительно него на 180° При искажении сетевого напряжения (рис 4,6) на вторичной обмотке трансформатора создается напряжение, равное сумме высших гармоник напряжения сети, но противоположное по фазе Таким образом, напряжение на нагрузке поддерживается на номинальном уровне Фактически, исходя из принципа своего действия, постедовательный АФ в предлагаемой схеме является стабилизатором, поэтому правильнее называть его последовательным компенсатором напряжения (КН)

Рис 4 Диаграммы работы УРКЭ при скачках, провалах (а) и искажении (б) сетевого

напряжения

Паралтельвый АФ, так же как и в предыдущем случае (рис 1), осуществляет фильтрггшю тока и компенсацию реактивной мощности натрузки за счет генерации

неактивного (высшие гармоники плюс реактивная составляющая) тока в противофазе с неактивным током нагрузки Благодаря этому высшие гармоники и реактивная составляющая тока нагрузки компенсируются в узле подктючения фильтра

Параллельный АФ также поддерживает на постоянном уровне напряжение на накопительном конденсаторе С, тк в процессе работы последовательный КН отдает ити потребляет активную мощность в зависимости от величины отклонения напряжения сети от номинального значения В результате чего ток параллельного АФ содержит также небольшую активную составляющую для стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе С Поскольку параллельный АФ не только обеспечивает фильтрацию высших гармоник тока нагрузки (компенсацию мощности искажений), но и компенсирует реактивную мощность нагрузки, поэтому с учетом реализуемых им функций правильнее назвать его параллельный компенсатором мощности (КМ)

Во время работы УРКЭ нагрузка питается стабилизированным напряжением Из сети потребляется синусоидальный ток равный сумме активных составляющих токов нагрузки и параллельного КМ

Входной контактор предназначен для отключения универсального регулятора качества этектроэнергии от сети при возникновении перегрузок, которые могут иметь место при некомпенсируемом ухудшении качества электроэнергии (короткое замыкание со стороны сети и др) При этом регулятор обеспечивает питание нагрузки за счет энергии накопительною конденсатора посредством генерации параллельным КМ номинального напряжения нагрузки - автономный режим работы После восстановления параметров сети в заданных пределах контактор осуществляет повторное включение в сеть Время автономной работы зависит от величины емкости накопительного конденсатора и нагрузки При наличии источника этектроэнергии, который может быть подключен к устройству, время автономной работы может быть увеличено и определяться пожеланиями пользователя Такое дополнение регулятора качества электроэнергии придает ему свойства интерактивного АБП

Для анализа электромагнитных процессов был применен метод анализа преобразователей, базирующийся на принципе усреднения переменных При этом предполагалось, что потери в элементах схемы равны нулю

Схема замещения универсального регулятора качества электроэнергии для расчета основных составляющих приведена на рис 5

ипккН(АФ)

Л

Рис 5 Схема замещения УРКЭ для расчета основных составляющих

Для нее справедливы уравнения

ил =ис+и,

г, к К11 >

(1) (2)

и.^и^+и.

с учетом V1 = 1[

(Ц н и тр км) 1,

(3)

(4)

гас/1=а>ь

Приведенные выше соотношение позволили провести анализ работы схемы в различных режимах работы На рис 6 приведены векторные диаграммы для номинального (а), пониженного (б) и повышенного (в) напряжения сети, при активно-индуктивной нагрузке и постоянных значениях ик /„, со$(<р„)

йь

и

Ь р = 1с

Шар КМ и« = Ус

11пос КН

II I» ч

С)

ипар КМ

Цпар КМ

б)

ипос КН

Рис 6 Векторные диаграммы а) при номинальном напряжении сети, б) при пониженном напряжении сети, в) при повышенном напряжении сети

Из диаграмм видно, что при номинальном напряжении сети (рис 6,а) преобразователь параллельного КМ для компенсации реактивного тока нагрузки 1НЧ должен генерировать напряжение и пар п,, совпадающее по фазе с напряжением сети, а по амплитуде превосходящее его на величину 1/1т , необходимую для создания тока дросселя равного по амплитуде реактивному току нагрузки 1Н я Значение 1/1т можно вычислить по формуле

и1т =72 /„ вт(<р„) со I (5)

В результате получается, что ток дросселя I, равен реактивному току нагрузки, но противоположен ему по фазе, а ток сети содержит только активную составляющую тока нагрузки 1нр

При скачках или провалах сетевого напряжения последовательный КН генерирует разницу между действительным значением и номинальным в фазе (при пониженном) или в противофазе (при повышенном) с напряжением сети, тем самым, стабилизируя напряжение на нагрузке При этом последовательный КН отдает или потребляет активную мощность, что вызывает спад или рост напряжения на накопительном конденсаторе Поэтому ток параллельного КМ ("дросселя) кроме реактивной /, , направленной на компенсацию реактивного тока нагрузки, содержит также активную составляющую для стабилизации

напряжения на накопительном конденсаторе Вследствие чего, при пониженном напряжении сети напряжение преобразователя параллельного КМ отстает от напряжения нагрузки,

совпадающего по фазе с напряжением сети, а ток сети превышает активный ток нагрузки на величину 1L При пониженном напряжении сети напряжение наоборот - напряжение

преобразователя опережает, а ток сети становится меньше активного тока нагрузки на величину JL

Активная мощность отдаваемая (потребтяемая) последовательным КН Рцос КН ДЛЯ стабилизации напряжения нагрузки равняется активной мощности параллельного КМ Ртр км для поддержания напряжения на накопительном конденсаторе на номинальном уровне

Рпос КН = Prop КМ (6)

Реактивная мощность параллельного KM Q„apmVwm- реактивной мощности нагрузки QH

(7)

Параллельный КМ кроме реактивной мощности генерирует мощность искажения, необходимую для фильтрации токов высших гармоник нагрузки D„

Таким образом, если пренебречь потерями активной мощности в ключах преобразователя, максимальная мощность, развиваемая паралтельным KM SmpKw

(8)

J пар K'J

лос кн определяется изменением

(9)

Значения ()„ и Д, определяются нагрузкой, а величина Р, напряжения питающей сети

Р^кя^М, 1С, где Лис-максимальное отклонение входного напряжения

Поскольку реактивная мощность и мощность высших гармоник компенсируются параллельным КМ, то в установившемся режиме работы полная мощность потребляемая и сети равна активной мощности нагрузки, при этом входной коэффициент мощности (соч<рс) равен единице

На рис 7 представлена схема потоков мощностей в регуляторе

Рис 7 Потоки мощности в регуляторе качества электроэнергии а) при пониженном, б) при повышенном напряжении сети

На основании проведенного анализа разработана методика инженерного проектирования силовой части ре1улятора, позволяющая оценить энергетическую загрузку полупроводниковых ключей (преобразователи последовательного и параллельного компенсаторов, входной контактор) и определить требования к их охлаждению, произвести выбор силовых элементов по предельным режимам работы с учетом требуемого времени автономной работы, определить номинальные значения параметров накопительного конденсатора, фильтрующего дросселя параллельного КМ, ЬС-фильтра последовательного КН и согласующего трансформатора

В третьей главе был проведен сравнительный анализ способов управления выходным током силовых электронных преобразователей, по результатам которого для управления параллельным компенсатором мощности был выбран метод 3-х уровневой шнротно-импульсной модуляции, реализуемый на основе сравнения опорного сигнала (низкочастотного) с несущим сигналом (высокочастотным) Опорный сигнал модулятора вычисляется при помощи пропорционально-интегрального (ПИ) регулирования по отклонению регулируемого тока от тока задания отдетьно по каждой гармонике При этом методе управления исходный сигнал измеряемого тока преобразуется в два сигнала Первый (активная составляющая) совпадает по фазе с напряжением сети, а второй (реактивная состав тяющая) отстает от него на 90° Затем осуществляется вычисление опорных сигналов ШИМ модулятора при помощи ПИ регулятора В системе управления (СУ) необходимо иметь отдельный канал управления по активной и реактивной составляющей для каждой 1енерируемой гармоники тока При таком методе управления возможно выборочное и независимое управление по каждой гармонике тока в отдельности Достоинством данного метода по сравнению с релейной модуляцией является постоянная частота коммутации, что увеличивает надежность работы ключевых элементов и уменьшает требования к фильтрам модуляционных гармоник тока, генерируемых преобразователем в сеть, а также отсутствует необходимость применения высокоточных датчиков и модулей аналого-цифрового преобразования для достижения высокого качества регулирования Данный метод подходит также для управления последовательным компенсатором напряжения, при этом управление осуществляется по каждой гармонике напряжения сети в отдельности Структурная схема, предложенной системы управления УРКЭ представлена на рис 8

зт(шг) соу /■-'-></

Генератор высших гармоник

Регутятор основной

гармоники напряженна нагрузки

Гсгулятор высших гармоник налряження нагрузки

• Шкант

СЧИГрО

н эалмрз

Регулятор высшиа гармоник тока сети

соз(о!) ?1П (ш)

Фильтр I сречье'Х) :

и,» Рогу иггор

X основной

гармоники

- Г тока сет л

Фильтр среднего

г^Г -ЦТ

1 регулятор

Рис 8 Структурная схема системы управления регулятором качества электроэнергии

Первый канал служит для вычисления опорного напряжения модулятора последовательного КН направленного на стабилизацию выходного напряжения по отклонению напряжения нагрузки от номинального значения, которое поступает на вход регулятора основной гармоники и регулятора высших гармоник напряжения Алгоритм реализации этих регуляторов представлен на рис 9

Рис 9 Блок-схема алгоритма реализации однофазного синхронного регулятора

Входной СИ1 нал перемножается на колебания двух генераторов (гетеродинов) синусоидальных колебаний с частотой регулируемой гармоники сов, сдвинутые по фазе относительно друг-друга на 90° (соз(а>оО и хт(а»о?)), в результате чего происходит выделение активной и реактивной составтяющих регулируемой гармоники Результат перемножения поступает на вход ПИ регу-тятора, над сигналом выхода которого осуществляется операция обратного преобразования, заключающаяся в перемножении полученных сигналов на колебания гетеродинов Сигнал на выходе системы управления иОтр(0 получается в резучьтате операции суммирования результатов перемножения

Регулятор высших гармоник состоит из совокупности регуляторов, настроенных отдельно на каждую фильтруемую гармонику

Второй канал (синхронизатор) предназначен для получения сигналов гетеродинов регуляторов гармоник тока и напряжения, синхронизированных с напряжением сети Синхронизация осуществляется посредством системы «фазовой автоподстройки частоты^ (ФАПЧ) Структурная схема алгоритма ФАПЧ приведена на рис 10

Рис 10 Структурная схема алгоритма ФАПЧ

Принцип действия алгоритма синхронизации заключается в том, что сигнал выхода генератора (УГС) смещается по фазе относительно входного сигнала, если их частоты не равны Процесс смещения будет происходить до тех пор, пока сигнал на входе генератора не достигнет н>левого значения, когда частота УГС равна частоте входного сигнала Поскольку сигнал на входе генератора является средним перемножения входного сигнала и сигнала генератора, то он имеет н>левое значение, когда эти сигналы смещены друг относительно друга на 90° Таким образом, в установившемся режиме синхронизации сигнал выхода генератора фиксируется со сдвигом в 90° по отношению к входному сигналу Далее при помощи фазосдвигающего устройства (ФЗУ) осуществляется сдвиг этого сигнала на 90° для получения сигнала совпадающего по фазе с входным синхронизируемым сигналом

Генератор сигналов высших гармоник создает гетеродины регуляторов высших гармоник (на рис 9 пт - обозначает, что поступает два сигнала 5т(пШ) и сох(поя), где п-номер гармоники), синхронизированные по фазе сигналом основной гармоники ФАПЧ

Третий канал предназначен для вычисления опорного сигнала модулятора параллельного КМ направленного на компенсацию высших гармоник тока нагрузки

Четвертый канал осуществляет компенсацию реактивной мощности нагрузки, для этого предварительно происходит выделение реактивной составляющей тока сети, которая подается на вход регулятора основной гармоники

Пятый канал предназначен для поддержания напряжения на накопительном конденсаторе Потери энергии в элементах преобразователей и активная мощность, потребляемая или отдаваемая последовательным КН для стабилизации напряжения нагрузки, вызывают снижение или повышение напряжения на накопительном конденсаторе Поддержание напряжения на накопительном конденсаторе на номинальном уровне возможно благодаря потреблению или отдачи активной мощности параллельным КМ Благодаря этому в статическом режиме происходит автоматическая компенсация сигналов активной мощности и в нагрузку энергия поступает непосредственно из сети

Осуществлен анализ устойчивости системы и качества регулирования Для этого были идеализированы реальные характеристики элементов и заменены на линейные, что позволило получить упрощенные структурные схемы регулятора При этом существенные черты явлений, происходящие в регуляторе, не изменились

На рис 11 представлены упрощенные структурные схемы регулятора, где Кр, Кг - коэффициенты ПИ регулятора, Х1к - напряжение на накопительном конденсаторе, КТр - коэффициент передачи согласующего трансформатора, 11и - активная составляющая сопротивление нагрузки, Я - внутренне сопротивление фильтрующего дросселя параллетьного КМ, а0 - частота регулируемой гармоники тока или напряжения

'„(0

5 +й)„ )

1

вЬ+й

ш

л-.

а)

АиЛ)

Кп +

5 к„ ) и

ЫпосКнЮ -в—►

б)

Рис 1] Упрощенные структурные схемы регулятора а) параллельный КМ, б) последовательный КН

На основе анализа полученных передаточных функций установлено, что стабильность системы полностью определяется выбором пропорционального коэффициента - чем больше коэффициент Кр, тем меньше запас устойчивости и выше быстродействие управления В

свою очередь интегральный коэффициент оказывает атияпие на точность управления в статических режимах работы - чем больше коэффициент К{, тем точнее управление

Сформулированы рекомендации по выбору коэффициентов ПИ регуляторов (выбор осуществляется отдельно для кавдой рег>лируемой гармоники тока и напряжения), при этом

отмечено, что окончательный выбор должен осуществляться после проведения математического моделирования

Структура силовой части универсального регулятора качества электроэнергии позволяет реализовать три режима работы регулятора

- работа от сети, когда последовательный КН (АФ) стабилизирует напряжение на нагрузке, а параллельный КМ (АФ) компенсирует высшие гармоники и реактивную мощность нагрузки,

- автономная работа, когда параллельный КМ осуществляет питание нагрузки за счет энергии накопитетьного конденсатора,

- выключенное состояние, когда отсутствует питание нагрузки

В каждом из «рабочих» режимов (работа о г сети и автономная работа) обеспечивается бесперебойное питание нагрузки Причиной перехода из состояния в состояние является перегрузка преобразователей компенсаторов Она может быть вызвана либо плохим качеством этектроэнерпш, например, отклонение напряжения сети выше предельно допустимого, короткое замыкание со стороны сети и, как следствие, ростом сетевого тока, либо чрезмерной нагрузкой В первом случае осуществляется переход в режим автономной работы, т е отключение входного контактора и питание нагрузки за счет энергии накопительного конденсатора посредством параллельного КМ, с последующим повторным включением при восстановлении параметров сети в допустимых для работы УРКЭ пределах Второй случай подразумевает отключение входного контактора и включение нагрузки пользователем после устранения причин перегрузки

В результате анализа возможностей возникновения аварийных ситуаций при работе устройства в различных режимах получены условия перехода из одного режима работы в другой (табл 1), а также разработаны алгоритмы управления, позволяющие обеспечить гарантированную работу устройства (выполнение возложенных на него функций) и исключить возможность возникновения недопустимых переходных процессов при смене режимов работы

Таблица 1

Переход Причина перехода

Работа от сети —► выключенное состояние 1 Отключение пользователем, 2 Перегрузка по току преобразователей обоих компенсаторов при нахождении отклонения напряжения сети в допустимых для работы УРКЭ предетах, 3 Выход напряжения на накопительном конденсаторе за границы рабочего диапазона, 4 Авария преобразователей компенсаторов

Работа от сети —> автономная работа Отклонение напряжение сети превышает максимально допустимое

Автономная работа —» работа от сети Напряжение сети в допустимых для работы УРКЭ пределах

Автономная работа —» выкчюченное состояние 1 Отключение пользователем, 2 Перегрузка по гоку преобразователя парал тельного КМ, 3 Напряжение на накопительном конденсаторе ниже минимально допустимого значения, обусловпенного возможностью генерации параллельным КМ минимально допустимого напряжения нагрузки, 4 Авария преобразоватетя параллетьного КМ

Разработанные алгоритмы управления могут быть реализованы при помощи цифровой системы управления на базе микроконтроллера. Для этого был разработан ряд требований, определяющий ресурсы цифровой системы управления и позволяющий осуществить выбор микроконтроллера

В четвертой главе проведено математическое и физическое моделирование Разработанная математическая модель с импульсным управлением позволяет провести исследование динамических характеристик системы, совместно с методикой, разработанной в главе 3 , осуществить выбор коэффициентов пропорционально-интегральных регуляторов, входящих в состав регуляторов основной и высших гармоник токов (для параллельного КМ) и напряжений (последоватетьный КН) исходя из устойчивости системы и обеспечения заданного быстродействия и точности регулирования, скорректировать параметры элементов силовой части регулятора Ее адекватность подтверждается совпадением результатов теоретического анализа и результатов модетирования

Для моделирования использовался программный комптекс МаИ^аЬ, в котором была разработана модель регулятора качества электроэнергии мощностью 6 кВА Математическое моделирование статических и динамических режимов работы при различных возмущающих факторах со стороны сети и нагрузки подтвердило высокую эффективность предложенного метода управления и достоверность принятых при анализе устойчивости системы и качества регулирования допущений

На рис 12-14 приведены диаграммы токов и напряжений полученные при скачкообразном увеличении напряжения сети, когда регулятор работал на активно-индуктивную нагрузку, мощностью 2 кВт и со$(<р„) = 0,8 Напряжение сети кроме основной гармоники содержит также третью, при этом коэффициент искажения по третьей гармонике составляет 10 %

а) напряжение сети, б) напряжение нагрузки, в) напряжение на накопительном конденсаторе

о юз гоо зза «о та фз ?оо ах ад юоо я о «о а»

Гге^иепсу (Нг)

«Л 5Ш «3 ТО СТ Я? 100

а) б)

Рис 13 Спектры напряжений сети (а) и нагрузки (б) в установившемся режиме работы при

повышенном напряжении сети ¿".и ,г п——и—;—г—пс—7к->—п-1-:—~~~т

^ А

л, А

Рис 14 Временные диаграммы токов при увеличении напряжения сети а) ток сети, б) ток нагрузки

Цк, 3 зы

шушм^

1 ( ' ! 1 1

».с

Рис 15 Временьые диаграммы при подключении нелинейной нагрузки и пониженном напряжении сети а) ток нагрузки, б) ток сети в) напряжение на накопительном конденсаторе

О 966 0 97 С 975 0 98 0 365» 0 69 0 995 1 1 0С5 1|ГГВ {з)

8 20

I

8 I

Я

1.ГСЙ' ®иа1 (50Нг;=26.1747

юо23ззоодэобооюо7оэалзсс ЮСО Ргечлпьу ^г)

ьпсатеп1а1 (60 Нг)>4з1

,1,1

те юо аю га аи ю юоо Ггеч'Лпоу {-(г)

а) б)

Рис 16 Спектры токов нагрузки (а) и сети (б) в установившемся режиме работы при фильтрации 3-ей и 5-ой гармоник

На рис 15-16 приведены диаграммы токов и напряжений при подключении нетинейной нагрузки, мощностью 2 кВт (выпрямитель с емкостным фильтром), когда регулятор работал на активно-индуктивную нагрузку и пониженном напряжении сети Система управления параллельным КМ настроена на компенсацию 3-й и 5-й гармоник тока нагрузки

Результаты моделирования показали, что при всех рассмотренных случаях ухудшения качества электроэнергии (провал, скачок, искажения напряжения сети), а также возмущающих факторах со стороны нагрузки (сброс, наброс нагрузки) регулятор реализует выполнение возложенных на него функций, обеспечивая качественное питание нагрузки и компенсируя ее негативное втияние на сеть

Для проведения физического эксперимента был создан макет устройства мощностью 6 кВА с микропроцессорной системой управления В качестве измерительного средства использовался многофункциональный осциллограф на базе ЭВМ

В результате проводимых исследований была получена экспериментальная зависимость напряжения нагрузки о г напряжения сети (рис 17, 18) Она показала, что при отклонении напряжения сети в заданном диапазоне (± 20 % относительно номинального значения) напряжение нагрузки отклоняется не более чем на 3 % (допустимое значение отклонения напряжения по ГОСТ 13109-97-5%)

Осциллограммы фильтрации показали, что для типовой нелинейной нагрузки (мостовой выпрямитель с емкостным фильтром) фитьтрация эффективна (рис 19) При компенсации 3-ей и 5-ой гармоник коэффициент искажения синусоидальности кривой токов нагрузки и сети составлял для тока нагрузки - 40 %, для тока сети — 6 %

При добавлении в программу микроконтроллера, отвечающую за формирование напряжения задания параллельного КМ, канала компенсации 7-ой гармоники коэффициент пскаления сичусоидатьности кривой тока нагрузки составил 4 2 % (допустимое значение коэффицгеша искажения по ГОСТ 13109-97-5%)

Физическое моделирование подтвердило корректность сделанных допущений и правильность основных принципов построения алгоритма управления По сравнению с математическими моделями расхождение в точности стабилизации и качестве фильтрации составило не более 5% во всех режимах работы

~-Г ! 1—И- 1— 1 ■ л. -- и-

Ь "к

--,--1- Г! ! 1 1 1.... •

170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270

1/с, В

Рис 17 Экспериментальная зависимость напряжения нагрузки от напряжения сети

Рис 18 Осциллограммы напряжения сети (вверху) и напряжения нагрузки (внизу)

Рис 19 Осциллограммы тока нагрузки (вверху) и тока сети (внизу)

В заключении сформулированы основные результаты и выводы по диссертационной работе

1) Показано, что включение в схему регулятора последовательного активного фильтра, осуществляющего стабилизацию напряжения нагрузки позволяет снизить мощность преобразователя параллельного активного фильтра, по сравнению с предлагаемым ранее регулятором

2) Предложенная схема регулятора качества электроэнергии на основе последовательного и параллельного активных фильтров позвотяет, помимо стабилизации напряжения и компенсации высших гармоник тока нагрузки, компенсировать искажения напряжения сети, при этом из сети всегда потребляется синусоидхтьный ток, а входной коэффициент мощности б тезок к 1 при любом отклонении напряжения сети

3) Разработана методика инженерного проектирования силовой части регулятора качества электроэнергии, позволяющая осуществить выбор основных силовых элементов схемы с учетом требуемого качества фильтрации высших гармоник тока нагрузки, стабилизации напряжения нагрузки и обеспечения заданного времени питания нагрузки при отсутствии сетевого напряжения

4) Разработан новый принцип управления регулятором качества электроэнергии на основе обратной связи по среднему значению каждой отдельной фильтруемой гармоники тока и напряжения, позволяющий регулятору обеспечить высокое качество фильтрации высших гармоник тока нагрузки, а также заданное качество выходного напряжения при воздействии возмущающих факторов нетипейной нагрузки и сетевого напряжения, включая его исчезновение на время, не превышающее нескольких периодов

5) Разработаны математические модели регулятора качества электроэнергии в программном комплексе МаИдЬ, позволяющие оценить эффективность его работы в статических и динамических режимах, а также обеспечить корректировку параметров силовой части регулятора

Основные положения диссертационной работы изложены в печатных трудах

1 Розанов Ю К, Рябчицкий М В, Сазонов В В Универсальный кондиционер этекзроэнергии // Техническая электродинамика - 2006, Часть 5 - Тематический выпуск сентябрь 2006 - С 58-59

2 Розанов Ю К , Рябчицкий М В, Сазонов В В Регулятор качества электроэнергии на основе активных фильтров // Х1-ч международная конференция «Электромеханика, этектротехнодогии, электротехнические материалы и компоненты» МКЭЭЭ - 2006 Тез докл - Алушта, 2006 - С 179-181

3 Сазонов В В Кондиционеры сети на основе активных фильтров // Электротехника -2007 -№5 - С 28-35

Подписано в печать (£< ()£• № Зак. ¡Щ Тир. (СО П л. ¡,1!)

Полиграфический центр МЭИ (ТУ)

Красноказарменная ул., д. 13

Введение.

ГЛАВА 1. КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И СПОСОБЫ ЕГО УЛУЧШЕНИЯ.

1.1. Показатели качества электроэнергии и требования предъявляемые к ним.

1.2. Последствия ухудшения качества электроэнергии.

1.3. Устройства, предназначенные для улучшения качества электроэнергии.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИЛОВОЙ ЧАСТИ РЕГУЛЯТОРА.

2.1. Устройство и принцип действия универсального регулятора качества электроэнергии.

2.2. Анализ установившихся режимов работы.

2.3. Методика проектирования силовой части универсального регулятора качества электроэнергии.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМ.

3.1. Выбор метода управления преобразователями последовательного и параллельного компенсаторов.

3.2. Анализ и разработка структуры системы управления универсальным регулятором качества электроэнергии с использованием синхронного регулятора.

3.3 Разработка алгоритма управления универсальным регулятором качества электроэнергии.

3.4. Аппаратная реализация системы управления.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ФИЗИЧЕСКОЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЕГУЛЯТОРА.

4.1. Выбор средств математического моделирования.

4.2. Оценка качества регулирования при различных возмущающих факторах.

4.3. Оценка влияния высокочастотной модуляции на качество выходного напряжения и тока сети.

4.4. Физическое моделирование регулятора качества электроэнергии.

Выводы по главе 4.

В связи с развитием электроэнергетики проблема улучшения качества электроэнергии приобретает все большее значение. В настоящее время большинство современных потребителей электроэнергии с одной стороны, представляют собой нелинейную нагрузку, оказывающую негативное влияния на сеть. Это проявляется, в основном, в виде увеличения реактивной мощности и мощности искажения. С другой стороны они содержат устройства управления, обработки информации, телекоммуникации и др., которые для обеспечения нормального функционирования предъявляют повышенное требование к качеству электроэнергии.

Последствия ухудшения качества электроэнергии могут также проявляться в виде технологического (порча и ухудшении качества продукции, расстройстве технологических процессов, снижении производительности механизмов) и электромагнитного (снижение эффективности процессов генерации и передачи электроэнергии, нарушение нормальной работы, уменьшение срока службы и выход из строя электрооборудования, нарушении работы телемеханики, автоматики, связи) ущерба.

Для улучшения качества электроэнергии традиционно используются устройства: тиристорные стабилизаторы, конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы, пассивные фильтры, аппараты бесперебойного питания (АБП), которые, обладая определенными недостатками, не позволяют в ряде случаев эффективно решать возложенные на них задачи.

Новая элементная база силовой электроники, появившаяся в 90-х годах XX века, позволила создавать эффективные преобразователи переменного/постоянного тока, работающие в 4-х квадрантах комплексной плоскости параметров на стороне переменного тока. Это позволяет управлять потоками электроэнергии в любом направлении по заданному закону. При подключении накопителей энергии к преобразователю со стороны постоянного тока становится возможным осуществлять обмен реактивной мощностью, включающей мощность высших гармоник между сетью переменного тока и накопителем. Эта схема лежит в основе наиболее эффективных и перспективных методов регулирования качества электроэнергии, которые были применены при создании активных и гибридных фильтров, предназначенных для устранения искажений тока или напряжения.

Современные методы активной фильтрации и компенсации неактивной мощности были успешно использованы для решения других задач, связанных с обеспечением качества электроэнергии. Например, стабилизации напряжения и др. Так, с учетом возможностей активного фильтра был разработан регулятор качества электроэнергии нового поколения, что нашло свое отражение в работах проводимых на кафедре ЭиЭА Розановым Ю.К., Рябчицким М.В., Кваснюком А.А. и др.

Это устройство является одним из самых перспективных на сегодняшний день, поскольку в отличие от других, выполняющих те же функции, использует однократное преобразование энергии с загрузкой силовой части регулятора пропорционально ухудшению качества электроэнергии.

Однако такой регулятор качества электроэнергии, несмотря на свои преимущества, имеет ряд недостатков. Высокая мощность силовой части регулятора, превышающая мощность нагрузки. Коэффициент мощности регулятора близок к единице только при номинальном входном напряжении, и снижается, изменяя свой характер на емкостной или индуктивный при снижениях и повышениях входного напряжения соответственно. Сетевой ток искажается если напряжение питающей сети искажено, а также невозможно обеспечить качественное питание нагрузки при несинусоидальном входном напряжении.

В настоящее время не проработан вопрос устранения указанных недостатков и создания универсального регулятора качества электроэнергии, который бы обеспечивал качественное питание нагрузки при любых случаях ухудшения электроэнергии. На сегодняшний день работ на эту тему не существует как в нашей стране, так и за рубежом.

Данная задача и определила тему диссертационной работы.

Цель работы. Проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на создание универсального регулятора качества электроэнергии (УРКЭ) совмещающего в себе функции последовательного и параллельного активных фильтров. Добавление последовательного активного фильтра позволяет снизить мощность силовой части ранее разработанных регуляторов, а также расширяет их функциональные возможности, позволяя компенсировать искажения напряжения сети, осуществлять подключение нагрузки непосредственно к выходу инвертора, а также компенсировать реактивную мощность нагрузки, обеспечивая входной коэффициент мощности приблизительно равным 1 при любом отклонении напряжения сети.

Достижение цели исследования потребовало решение следующих научно-исследовательских и практических задач:

1. Проведения аналитического обзора современных научно-технических решений в области улучшения качества электроэнергии и выявление наиболее перспективных методов регулирования параметров электроэнергии с применением силовых электронных приборов;

2. Разработки принципа создания универсального регулятора качества электроэнергии на основе последовательного и параллельного активных фильтров;

3. Проведения анализа электромагнитных процессов в статических и динамических режимах работы и на его основе разработка методики инженерного проектирования силовой части регулятора;

4. Разработки алгоритма управления и системы управления регулятором качества электроэнергии, позволяющих реализовать его функции и обеспечить своевременную защиту при возникновении аварийных ситуаций;

5. Разработки математических моделей.

Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы методы математического анализа, методы теории электрических цепей, численные методы решения уравнений на ЭВМ, методы теории автоматического управления (частотные характеристики и частотный анализ качества), методы анализа преобразователей переменного/постоянного тока и математического моделирования.

Обоснование и достоверность результатов. Справедливость теоретических положений подтверждается использованием апробированных методов анализа электромагнитных процессов в силовых электронных устройствах и корректностью принятых допущений, а также результатами компьютерного и физического моделирования.

Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты:

1. Впервые разработан принцип создания универсального регулятора качества электроэнергии на основе последовательного и параллельного активных фильтров для управления электрическими параметрами сети на основе векторного управления током и напряжением;

2. Разработана методика инженерного проектирования элементов силовой части;

3. Разработан принцип построения и алгоритм функционирования цифровой системы управления;

4. Разработана математическая модель для исследования характеристик регулятора в статических и динамических режимах работы.

Практическая ценность. В результате выполненной работы разработано новое схемотехническое решение универсального регулятора качества электроэнергии, позволяющего снизить мощность силовой части ранее разработанных регуляторов и в тоже время расширить их функциональные возможности, позволяющие обеспечить высокое качество электроснабжения потребителей.

Реализация работы. Полученные результаты работы использованы в работах проводимых кафедрой ЭиЭА МЭИ (ТУ) совместно с МЗЭП

Московский завод электроизмерительных приборов) по разработке макетных образцов бытовых кондиционеров сети для повышения качества электроэнергии.

Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях МКЭЭЭ -2006 (Крым, Алушта), СЭЭ-2006 (Украина) а также на заседаниях кафедры ЭиЭА.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы и получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на изобретение по заявке № 2006108820/09(009588) от 21.03.06 «Стабилизатор напряжения».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 171 стр. и содержит 92 рисунка, 8 таблиц, 84 наименования списка литературы.

Основные результаты и выводы диссертационной работы заключается в следующем:

1) Показано, что включение в схему регулятора последовательного активного фильтра, осуществляющего стабилизацию напряжения нагрузки позволяет снизить мощность преобразователя параллельного активного фильтра, по сравнению с предлагаемым ранее регулятором.

2) Предложенная схема регулятора качества электроэнергии на основе последовательного и параллельного активных фильтров позволяет, помимо стабилизации напряжения и компенсации высших гармоник и реактивной мощности нагрузки, компенсировать искажения напряжения сети, при этом из сети всегда потребляется синусоидальный ток, а входной коэффициент мощности близок к 1 при любом отклонении напряжения сети.

3) Разработана методика инженерного проектирования силовой части регулятора качества электроэнергии, позволяющая осуществить выбор основных силовых элементов схемы с учетом требуемого качества фильтрации высших гармоник тока нагрузки, стабилизации напряжения нагрузки и обеспечения заданного времени питания нагрузки при отсутствии сетевого напряжения.

4) Разработан новый принцип управления регулятором качества электроэнергии на основе обратной связи по среднему значению каждой отдельной фильтруемой гармоники тока и напряжения, позволяющий регулятору обеспечить высокое качество фильтрации высших гармоник тока нагрузки, а также заданное качество выходного напряжения при воздействии возмущающих факторов нелинейной нагрузки и сетевого напряжения, включая его исчезновение на время, не превышающее нескольких периодов.

5) Разработаны математические модели регулятора качества электроэнергии в программном комплексе MatLab, позволяющие оценить эффективность его работы в статических и динамических режимах, а также обеспечить корректировку параметров силовой части регулятора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. ГОСТ 13109-97. Показатели качества электроэнергии,- М.:Изд-во стандартов, 1999.-25 с.

2. Daniel D. Sabin, Ashok Sundaram. Quality Enhances Reliability // Spectrum IEEE.-1996.-№ 2.-C. 38-44.

3. Москаленко Г.А. Высшие гармоники в системах электроснабжения. -Киев, 1988. 41 с. (Препринт / АНУССР. Ин.-т электродинамики. № 604)

4. Аррилага Дж., Брули Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1989. 179 с.

5. IEEE-519. IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems,.- W.: JSC, 1992.- 65 p.

6. Димитриос С. Анализ и исследование нового класса силовых фильтров для трехфазных промышленных сетей 380 В: Дис. к.т.н. М., - 2000. -162 с.

7. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 416 с.

8. Миронов Ю.М., Миронова А.Н. Электрооборудование и электроснабжение, плазменных и лучевых установок: Учебное, пособие для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1991.- 316 с.

9. Лопухин А. А., Желбаков И. Н. Системы бесперебойного питания // Сети и системы связи. -1996. №7.

10. Skvarenina Т. Power Electronics Handbook- Boca Raton: CRC Press, 2002.-664 p.

11. Rashid M. Power Electronics Handbook-В.: Academic Press, 2001.-895 p.+

12. Sabin D., Sundaram A. Quality Enhances Reliability // Spectrum IEEE-1996.- №2.-P. 38-44.

13. Redl R., Tenti P., Van Wyk J.D. Power electronics' polluting effects // Spectrum IEEE.-1997.- №5 P. 32-39.

14. Cameron M. M. Trends in Power Factor Correction with Harmonic Filtering // Spectrum IEEE.- 1993.- № 7,- P. 45^18.

15. Pitel I., Talukdar S. A review of the effects and suppression of power converter harmonics // IAS annual meeting: Тез. докл.- W., 1977 P. 119— 127.

16. Mohan N., Underland Т. M., Robbins W. P. Power Electronics Converters, application and design New York: John Wiley and Sons, 1995 - 820 p.

17. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий-М.: Энергоатомиздат, 1984.-272 с.

18. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии М.: Энергоатомиздат, 1985 - 224 с.

19. Испытания макетных образцов компенсированных выпрямительно-инверторных преобразователей на электровозе BJI85-023: Отчет о НИР / ВНИИЖТ; Госрегистрация №01870054572.-М., 1987,- 107 с.

20. Широченко Н. Н., Татарников В. А., Бибинеишвили 3. Г. Улучшение энергетики электровозов переменного тока / Железнодорожный транспорт- 1988 №7.-C.33-37.

21. Климов В. П., Москалев А. Д. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания // Практическая силовая электроника. Науч.-техн.сб. / Под ред. Малышкова Г. М., Лукина А. В-М.: АОЗТ ММП-Ирбис, 2002,- с.8-15.

22. Климов В. П., Москалев А. Д. Способы подавления высших гармоник тока в системах электропитания М.: АОЗТ ММП-Ирбис, 2002- 8 с.+

23. Houdek J. A. Economical Solutions to Meet Harmonic Distortion Limits P.: MTE Corporation, 1999.- 5 p.

24. Dugan R. C., McGranaghan M. F., Beaty H. W. Electrical Power Systems Quality.-L.: McGraw-Hill, 1996.-265 p.

25. Collombet C., Lupin J. M., Shonek J. Harmonic disturbances in networks and their treatment // Schneider Electric cahiers techniques -1999-№152 31 p.

26. Электрические и электронные аппараты: Учебник для ВУЗов / под ред. Ю. К. Розанова 2-е изд., испр. и доп.-М.: Информэлектро, 2001.- 421 с.

27. Лещев А. И., Москалев Б. А. Электромагнитная совместимость электровозов с системой тягового электроснабжения // Сб. трудов 2 Международного симпозиума / МИИТ- 1990 С.136-137.

28. Солодунов A.M., Иньков Ю.М., Ковапивкер Г.Н., Литовченко В.В. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными тяговыми двигателями Рига: Зинатие, 1991.- 352 с.

29. Мамошин P.P. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока М.: Транспорт, 1973 - 224 с.

30. Collombet М., Lacroix В. LV circuit breakers confronted with harmonics, transients and cyclic currents // Schneider Electric cahiers techniques 1999-№192.-16 p.

31. Борисов B.H. Повышение надежности работы конденсаторных батарей // Электрические станции. 1978. - №6. - С. 34-37.

32. Рябчицкий М.В. Регулятор качества электроэнергии: дис.к.т.н. М., 1999.-119 с.

33. Шидловский А.К, Федий B.C. Частотно-регулируемые источники реактивной мощности. Киев: Наук. Думка, 1980. - 304 с.

34. Статические источники реактивно мощности в электрических сетях / коллектив авторов -М.: Энергия, 1975. 136 с.

35. Бурцева Г.Е., Глебов И.А., Захаров Е.П., Нейман З.Б. Технико-экономическая эффиктивность использования синхронных компенсаторов //Электротехника.-1972. №10.- С.1-5.

36. Gyugyi L., Stricula Е.С. Active AC Power Filters // IEEE Transactions on industry applications.-1976.- № 6,- C. 529-535.

37. Stacey E.J., Stiycula E.C. Hybrid power filters // IAS'77: Тез. док. 1977.- С. 1133-1140.

38. Fujita H., Akagi H. A Practical Approach to Harmonic Compensation in Power Systems // Series Connection of Passive and Active Filters IEEE Trans. Ind. App. 1991. - Vol. 27. - №5. Pp.- 1020-1025.

39. Лабунцов В.А., Чжан Дайжун. Трехфазный выпрямитель с емкостным фильтром и улучшенной кривой потребляемого тока // Электричество. -1993.-№12.-С. 45-48.

40. Чжан Дайжун. Исследование активных фильтров-компенсаторов на базе мостового инвертора для динамической компенсации неактивной составляющей мощности: Дис. . к.т.н. -М., 1993. -176 с.

41. Aredes М., Hafner J., Heumann К. Three-phase four-wire shunt active filter control strategies // IEEE Trans, on power electronics. 1997.- № 2.- C. 311318.

42. David A. Torrey, Adel M.A.M. Al-Zamel. Single-phase active power filters for Multiple nonlinear loads // IEEE Trans, on power electronics. 1995. - № 3. -C. 263-272.

43. Destobbeleer E., Protin L. On the detection of load active currents for active filter control // IEEE Trans, on power electronics. 1996. - № 5. - C. 768-775.

44. Pouliquen H., Bettega E., Wang M. A new control strategy of combined system of series active and shunt passive filters for minimising passive filter number//Epe'95: Тез. док.- Sevilla. 1995.- С. 135-139.

45. Mark J. Kocher, Robert L. Steigerwarld. An AC-to-DC Converter with high quality input waveforms // IEEE transactions on industry applications. 1983. -№ 4. - C.586-599.

46. Разработка отдельных разделов методологии построения СЭС и проекта ОТТ: Отчет по НИР / М., 1999.- 277 с.

47. Peng P.Z., Akagi Н., Nabae A. Compensation Characteristics of Combined System of Shunt Passive and Series Active Filters / IEEE/IAS Ann. Meeting Cons. Rec. 1989. - Pp956-966.

48. Hafiier J., Aredes M., Heumann K. Shunt Active Power Filter Applied to High Voltage Distribution Lines. IEEE Stockholm Tech. Conf. Stockholm, Sweden. 1995. Pp.231-236.

49. Розанов Ю.К., Рябчицкий M.B., Попова Е.П., Кваснюк А.А. Современные методы улучшения качества электроэнергии // III

50. Международная конференция Электромеханика и электротехнологии. МКЭЭ-98: Тез. докл. Клязьма, 1998.

51. Pouliquen Н., Bettega Е., Wang М. A new control strategy of combined system of series active and shunt passive filters for minimising passive filter number//Epe'95: Тез. док.- Sevilla.- 1995.- С. 135-139.

52. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием/ А. В. Кобзев, Ю. М. Лебедев, Г. Я. Михальченко и др. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 152 с.

53. Адамия Г.Г., Гуров В.И., Ковалев Ф.И. Агрегаты бесперебойного питания со статическими полупроводниковыми преобразователями. Аналитический обзор. М:, Информэлектро, 1978.

54. Розанов Ю. К. Основы силовой электроники. М.: Энегроатомиздат, 1992.-296 с.

55. ГОСТ 26416-85. Агрегаты бесперебойного питания на напряжения до 1 кВ. Общие технические условия. М.: Ид-во стандартов, 1985.

56. Адамия Г.Г., Картавых А.С. Выбор структурой схемы системы бесперебойного питания // Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника. -1981. Вып. 2 (130). - С.11.

57. Адамия Г.Г. Типовые структурные схемы АБП // Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника. 1978. - Вып. (133). - С. 19-21.

58. Ковалев Ф.И. Статические агрегаты бесперебойного питания // Электротехника. 1986. - №9. - С.48-52.

59. Адамия Г.Г., Гурова В.И., Картавых А.С., Чуркина М.В. Оценка надежности электроснабжения ответственного потребителя, питаемого от АБП // Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника. 1979. - Вып.7 (114). - С. 19.

60. Агрегаты бесперебойного питания. Номенклатурный справочник. Под. ред. Е.Г. Акимова. М.: Информэлектро, 1999.

61. Mattavelli P. Robust Deadbeat Control for UPS using State and Disturbance Observer // Confer EPE. Vol. 2. - Pp 2001-103.

62. Chu H.Y, Jou H.L, Huang C.L., Wang L.C. A novel bidirectional UPS // Conf.EPE Firenze. 1991. Vol. 3. - Pp. 1999-204.

63. Лаврус B.C. Источники энергии. К.: НиТ, 1997.

64. Ковалев Ф.И. Статические агрегаты бесперебойного питания. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 288 с.

65. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Активный фильтр стабилизатор // III Международная конференция Электромеханика и электротехнологии. МКЭЭ-98: Тез. докл. Клязьма, 1998.

66. Рыжов С.Ю., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А, Попов А.А. Микропроцессорная система управления активного фильтра переменного напряжения // Ш Международная конференция Электромеханика и электротехнологии. МКЭЭ-98: Тез. докл. Клязьма, 1998.

67. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А., Гринберг Р.П. Разработка унифицированного модуля регулятора качества электроэнергии // IV Международная конференция «Электротехника, электромеханика и электротехнологии». МКЭЭ-2000, Тез. докл. Клязьма, 2000.

68. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Современные устройства . для улучшения качества электроэнергии на базе активных фильтров //

69. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. 2000. - Выпуск №84.

70. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А., Гринберг Р.П. Силовая электроника и качество электроэнергии // Техническая электродинамика. Украина. Киев. 2001. - Тематический выпуск. Сентябрь 2001 г.

71. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Проблемы защиты активного фильтра стабилизатора при входном коротком замыкании // Научно-техническая конференция "Электротехнические комплексы автономных объектов-99": Тез. докл. - М., МЭИ, 1999.

72. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А., Гринберг Р.П. Моделирование энергетических систем с фильтрами высших гармоник // Техттчна электродинамжа. 2000. - Тематичний выпуск ч. 2 Кшв.

73. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А., Гринберг Р.П. Силовые электронные устройства для обеспечения качества электроэнергии // IV Международная конференция «Электротехника, электромеханика и электротехнологии». МКЭЭ-2000: Тез. докл. Клязьма, 2000.

74. Шидловский А.К., Козлов А.В., Комаров Н.С., Москаленко Г.А. Транзисторные преобразователи с улучшенной электромагнитной совместимостью. Киев: Наукова думка, 1993. - 270 с.

75. Кваснюк А.А. Регулятор качества электроэнергии с расширенной областью функциональных возможностей: дис.к.т.н. М., 2002. - 133 с.

76. Мустафа Г.М., Ковалев Ф.И. Сравнительный анализ трех способов управления импульсными следящими инверторами // Электричество. -1989.-№2.-С. 29-37.

77. Чети П. Проектирование ключевых источников электропитания: Пер. с англ. М.: Энергоатомизадат, 1990. - 240 с.

78. Теория автоматического управления. Под ред. А.В. Нетушила. Учебник для вузов. Изд. 2-е, доп. И перераб. М.: Высшая школа, 1976. - 400 с.

79. Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. Учебн. пособие для электротехн. специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1973. -528 с.

80. D.N. Zmood, D.G. Holmes. Stationary Frame Current Regulation of PWM Inverters With Zero Steady-State Error./ IEEE Trans. On Power. Electron., vol. 18, pp. 814-822, МАУ 2003.

81. Никитенко А.Г., Левченко И.И., Гринченков В.П., Иванченко А.Н., Ковалев О.Ф. Информатика и компьютерное моделирование в электроаппаратостроении. -М.: Высшая школа, 1999. С. 11-16.

82. Дьяконов В., Круглое В. Математические пакеты расширения MATLAB: Специальный справочник СПб: Питер, 2001 - 480 с.

83. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем: Специальный справочник СПб: Питер, 2002448 с.

84. Герман-Галкин С. Компьютерное моделирование преобразователей в пакете Matlab М.: Корона Принт, 2001.- 320 с.