книги / Преобразование и стабилизация параметров электроэнергии
..pdfУДК 6 2 1 .3 1 6 . 1 7 6 .0 2 7 .3 .0 1 6 .2 6
А.В.Зощенко, С.В.Скоробогатько, К.Л.Докийчук
рСОЕЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ЦЕНТРЛЛИЗОВМШОЙ СИСТШЫ
КШПЕНСАЩИ РЕА1ШШН0Й МОЩНОСТИ
Описано построение централизованной системы компенсации реактив ной мощности. По1сазано, что для подержания оптимальных значений ИА на грашщах раздела балансовой принадлежности сетей при рацио нальном распределении РМ. в сети предприятия необходим учет и уп равление значением РМ на каждой секции шин питающей сети с учетом времени суток, сезонного изменения требований энергосистемы. По строение централизованной системы компенсации РГЛ с учетом этих требований дает возможность более эффективно использовать КУ, раз грузить питающую сеть и трансформаторы подстанций, повысить каче ство электроэнергии.
Для обеспечения требований экономичности режимов и эффективного
использования электроэнергии как в энергосистеме, так и в распре
делительной сети потребителей нормативно-техническими документами
предписывается поддерживать на границах раздела балансовой принад
лежности экономически обоснованные значения реактивной мощности
(РМ) в часы максимальных и минимальных нагрузок энергосистемы Щ;г
& > Ш - Границей балансовой принадлежности сетей, как правило, явля
ет оя главная понизительная подстанция (ГОП) промышленных предприя
тий, на которых устанавливают два трансформатора с двумя расщеп
ленными вторичными обмотками, питающих четыре секции шин. Загруз
ка последних зависит от структуры сети и состава всех подключен
ных в данный момент потребителей и средств компенсации РМ.
В связи с этим актуальной является задача разработки центра
лизованной системы компенсации РМ, содержащей необходимое количе
ство групп конденсаторных, установок (КУ), которые обеспечили бы
требуемые значения .Д, на вводе ГОП предприятия при рациональном
распределении РМ в сети предприятия. При этом наиболее целесооб
разным является управление QO параметру РМ, обеспечивающее непо
средственную связь с указанными выше нормативными критериями и
исключающими отрицательное влияние несимметрии токов я напряжений
на устойчивость и. мощность регулирования |
Вое это обусловли |
вает ряд особенностей в построении системы управления, которые
заключаются в том, что учитываются величины РМ на каждой секции
шин, время суток (часы максимальных и минимальных нагрузок), се
зонное изменение требований энергосистемы.
Учет величины РМ на каждой секции шин ГОП состоит в следую-
1 Ш 5 -4 2 -0 0 1 0 1 0 -5 . Преобраз, и стабилизация параметров электроэнергии. - Киев, 4 9 9 0 .
щеы: при проведении коммутации КУ их включение |
(отключение) |
про |
|||||||
исходит на |
той |
секции шин, |
где Р1Л максимальна |
(минимальна), |
а ве |
||||
личина РМ |
0^ , |
передаваемая |
энергосистемой в |
сеть |
предприятия, |
||||
выходит за |
пределы зоны нечувствительности |
|
, |
предусмотренной |
|||||
в системе |
управления. В случае, если |
на данной |
секции |
шин возмож |
|||||
ности управления исчерпаны, |
т .е . при |
> ^ ( е д е |
Q„s |
- порог |
|||||
включения) |
вое КУ включены, |
шш при |
^ |
(где |
0во - |
порог |
от |
||
ключения) все КУ отключены, система управления вырабатывает за
прет на дальнейшее управление КУ на данных секциях шин. Последую щая коммутация КУ производится на тех секциях шии, которые имеют
в данный момент максимальную (минимальную) РМ среди оставшихся
секций шин. Информация о величине РМ на каждой секции шин посту пает в систему управления от четырех датчиков РМ (ДРМ) - по числу
секций шин ГПП. Источниками сигналов для ДРМ являются измеритель ные трансформаторы напряжения, включенные на каждой секции шин,
а также трансформаторы тока вводных ячеек и ячеек секционных вы ключателей (рисунок). Трансформаторы тока соединены м.еиду собой таким образом, чтобы сигналы, поступающие на ДРМ, соответствовали
Сигнал на включение КУ система управления' формирует при вы
ходе величины Qy за верхнюю границу зоны нечувствительности |
, |
|
а сигнал на отключение - при выходе Qy |
за нижнюю границу |
• По |
скольку значение РМ не должно превышать |
в режиме максимальных |
|
72 |
|
|
нагрузок энергосистемы и как можно меньше отклоняться от |
^ в р е - |
|
вше минимальных нагрузок |
энергосистемы, величины порогов |
опреде |
ляются соответственно для |
режима максимальных нагрузок |
|
в |
ч |
* |
* |
0*0 ~ Off ~ Qj* • |
|
и для режима минимальных нагрузок |
|
й |
1 |
« )
(2 )
Сезонное изменение |
требований энергосистемы, обычно выражаю |
||
щееся в задании 0?f и |
на кавдый квартал года, учитывается в |
|
|
системе управления путем возможности изменения уставки порогов |
|
||
включения и порогов отключения, соответствующих |
изменению |
и |
|
В связи с тем что в системе управления сигналы на проведение |
|||
коммутации КУ вырабатываются при выходе величины |
^ за пределы |
|
|
зоны нечувствительности, |
удобно использовать КУ одинаковой мощно |
||
сти и, учитывая значительную распределенность КУ в сетях предпри ятия, целесообразно объединить ЮГ в ступени. Каждая высоковольт ная ЮГ ввдаляетоя в отдельную ступень. В основу формирования сту пеней положены следующие принципы. Ступени формируются согласно территориальному признаку, учитываются графики нагрузки трансфор-
“•маторных подстанций (ТП) по РМ. В одну ступень входят ЮГ трансфор
маторных подстанций, имеющих однородные графики нагрузок, что по зволит при коммутации ступени оказывать одинаковое влияние на ре жимы электроснабжения и напряжения в этих ТП. Установленная мощ ность ступени КУ, подключенных к стороне низкого напряжения,
должна быть соизмерима с мощностью ступени КУ, установленной на
стороне высокого напряжения, и близка мощности какой-либо комп
лектной ЮГ, например 900 |
или >И50 квар. Чрезмерно укрупнять ступе |
ни не следует, так как в |
этом случав управление будет слишком гру |
бым и не позволит учитывать ситуацию в отдельных ТП, зависящую от нагрузки, которая в общем случае является величиной случайной. В связи с тем что централизованная система управления объединенными в ступени КУ цредусматривает учет РМ на секциях шин, важное зна чение имеет приоритет коммутации ступеней, который устанавливает очередность их включения и отключения с учетом характера графиков нагрузки трансформаторных подстанций, КУ которых входят в состав ступени.
Сигналы на включение (отключение) ступеней КУ, присоединешсих к стороне высокого и низкого напряжений, система управления формн73
рует в определенной последовательности, соответствующей приорите
ту ступени, и вцдает сигнал на'коммутацию той ступени, где имеет
ся наибольшая нагрузка ТП по РМ й большее число часов использова
ния электрооборудования.
Таким образом, система централизованного управления средства
ми компенсации помогает поддерживать на заданном уровне значение
РМ на вводе ГПП, а также равномерно распределять потоки РМ по сек
циям шин в оети электроснабжения предприятия. Это позволяет более
эффективно использовать КУ, разгрузить питающую сеть и трансформа
торы подстанций, повысить качество электроэнергии.
1 . Правила пользования электрической и тепловой энергией. - М .:
Энергоиздат, |
1982. - 112 с . |
Скорубский А .К ., Скоробогатько С.В. |
2 . Третьяк В .Т ., |
Зощенко Л .В ., |
Система автоматического управления реактивной мощностью в се тях с несимметричными нагрузками // Современные проблемы энер гетики. - Киев: Наук, думка, 1 9 8 5 . - С. 1 3 8 .
УДК 621.316.761
А.В.Попов
РАСЧЕТ ЕДКОСТИ КОЩЕНСЛТОРА ФИЛЬТРА УЗЛА
ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИИ ЧАСТОТНО-РШЛИРУШОГО ИСТОЧНИКА
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Приведен анализ влияния величины емкости конденсатора фильтра на электромагнитные процессы в однофазном вентильно-реакторном ИРМ с частотным регулированием. Определены математические зависимос
ти, связывающие величину емкости конденсатора фильтра и время вос становления силовых тиристоров ИРМ.
Принцип работы и анализ электромагнитных процессов в вентильно
реакторных источниках реактивной мощности (ИРМ) с частотным регу
лированием подробно рассмотрены в / \ % 2 7 . Разработанные схемы ИРМ,
как правило, имеют общий узел искусственной коммутации (УИК), ис
точник заряда которого содержит конденсатор фильтра. От правильно
го выбора величины конденсатора фильтра во многом зависят такие
компромиссные параметры ИРМ, как массогабаритные показатели и ком
мутационная устойчивость на всем диапазоне регулирования реактив
ной мощности (частоты ).
Рассмотрим влияние величины емкости конденсатора фильтра на
электромагнитные процессы в однофазном вентильно-реакторном ИРМ,
выполненном по трансформаторной схеме (рис. 1 ) .
Особенностью работы частотно-регулируемого ИРМ является то,
ISÔ N |
5 -1 2 -0 0 1 0 1 0 -5 , Преобраз, и стабилизация |
параметров |
74 |
электроэнергии. - |
Киев, 199 0 . |
что моменты коммутации силовик |
|
||||||
тиристоров могут |
приходиться |
|
|||||
на любую фазу питающего напря |
|
||||||
жения, С точки зрения дозаряда |
|
||||||
коцденсатора фильтра |
Оф% са |
|
|||||
мым неблагоприятным является |
|
||||||
момент коммутации, |
когда |
на |
|
||||
пряжение сети переходит |
через |
|
|||||
ноль. В этот момент при разря |
|
||||||
де конденсатора |
Оф током |
ком |
|
||||
мутации дозарад |
происходить |
|
|||||
не будет. При этом в зависимо |
|
||||||
сти от соотношений величин-ем |
|
||||||
кости |
и емкости |
CJ |
и |
€2 |
|
||
возможны следующие |
случаи |
раз |
|
||||
ряда конденсатора |
фильтра: практически |
не разряжается, разряжает |
|||||
ся частично, разряжается |
полностью. |
|
|||||
Эквивалентная схема ИРМ на интервале коммутации представлена |
|||||||
на рис. 2 , |
гд е |
накопительный реактор с |
протекающим почему током |
||||
заменен источником |
тока с током 1рт , а заряженные кондеисаторц |
|
с!%а и Оф заменены источниками |
ЭДС с напряжением U01 , (fa и 20fat |
|
В этом случае |
ток коммутации |
определится выражением |
|
|
e a/я éüt, |
|
|
|
Cüù |
« ) |
|
|
|
|
ГДв |
f y / T / C |
a < v£*t/4C ; |
|
|
|
4^jv/*> |
|
|
;,,,. JklJk± É & !_,'-"'ie |
«) |
|
|
* 1Г' |
*4 |
|
Обозначим кратность величины емкости конденсатора фильтра к емко
сти |
коммутирующего конденсатора через |
п: |
|
|
|
|
||||||||
Из |
этого |
следует, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
а |
« сг *= |
£, |
£ * |
ç |
|
|
О) |
||
тде С - эквивалентная емкость |
контура |
перезаряда, |
определяемая |
|||||||||||
выражением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
//£» |
г /с / «■//#«- |
//£,. |
|
|
|
|||
|
Тогда напряжения на коммутирующих конденсаторах и на конден |
|||||||||||||
саторе |
фильтра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
п |
|
и |
UOl* ио г * 2tJtm |
У о *^02* 21,Тт |
|
|
|
(4) |
|||||
|
“с |
г - Ч |
г --------T j ^ j n z |
* ------ |
2 „ 7 f)/ » |
|
1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
(2n+t)/Л |
1 |
(.2п*1)/л |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ь + Ь ' Щ . |
. Uer+Vrt+M rm |
cas |
|
|
(5) |
||||
|
С2 ~ |
|
02 |
Ш +О/п |
|
(2 *± f)/„ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
“o,+ Uoi |
|
|
|
|
|
( 6) |
|
|
ис ~ |
ги1т |
2л+1 |
|
2лН |
|
|
|
|
|
||||
|
? |
|
|
|
-or* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая, |
что с |
выражение (6 ) позволит определить зави |
|||||||||||
|
*/ , |
|||||||||||||
симость кратности величины емкости конденсатора фильтра |
г/ от |
ве |
||||||||||||
личины остаточного напряжения |
на кодценсаторе фильтра в |
кон |
||||||||||||
це интервала коммутации |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
и |
|
-и |
* и°г *2и™ , |
» » * ач+*Отт |
|
|
(7) |
|||||
|
|
Ч>СТ |
2Urm |
|
2rr+f |
|
2пи |
09 |
|
|
||||
|
Если учесть, что для поставленных условий |
sc , |
выражение |
|||||||||||
приводится к веду |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 - 2 т ~ Х
-----------( 8 )
яде
|
|
|
Ц>г * * Vim |
|
|
|
|
|
|
«ш |
|
|
|
*' U6cr/«rm ■ |
|
|
|
|||
На рио. 3 |
приведены |
|
|
|
||
графики n ~ f(% ) |
дня различных |
|
|
|
||
значений т . |
|
|
|
|
|
|
Время полного |
разряда |
|
|
|
||
ковденсатора фильтра на ин |
|
|
|
|||
тервале коммутации |
определит |
|
|
|
||
ся ИЗ условия |
ивст - |
О; |
|
|
|
|
v»t' иМ * £U1m |
^ |
|
|
|
||
2 n + i |
|
|
|
|
Рис. |
3 |
VQ?+Ü02 + 2U,„ |
|
|
|
|||
T n T î |
o o sa tp O, |
|
|
|
||
откуда |
|
|
|
|
|
|
a>ty arccos |
02 |
|
|
|||
|
|
|
||||
Введя обозначения |
Ц ,,/l/fm - m„ |
|
UK f |
С//йГтг , |
||
подучим |
|
|
|
|
|
|
(9 )
(40)
arccosL |
( « ) |
Для определения связи мевду коммутационными характеристиками |
|
Ж и величиной емкости конденсатора фильтра выразим время, |
предо |
ставляемое для восстановления силовых тиристоров ИРМ, через пара
метры, связанные с |
величиной |
С^. |
|
|
Время восстановления определится из условия |
|
|||
|
|
* * < * > * % |
(i)] ‘ â - |
» 2 ) |
Из выражений |
( 4 ) - ( 6 ) ,( 1 2 ) |
получим |
|
|
u t. шarccos _________*pm *чг |
- ar& ccs |
ffi/rr |
(1 3 ) |
|
О |
|
|
|
|
Введя обозначение ^ 9j dIpm / Uf/r? , подучим зависимость времени вос становления силовых тиристоров ИРМ от соотношения величин ем кости конденсатора фильтра и коммутирующих конденсаторов в форме трансцердентноса уравнения
, |
т (гл + {) |
, |
. |
г » |
|
* * i------------ Y”------- = |
лге** ~m (ïhH Ï |
• |
W 4 ) |
||
Выбрав значение Ig и зная остальные параметры УИК, входящие в вы ражение (1 4 ), подучим необходимое соотношение величин емкости кон денсатора фильтра и емкости коммутирующих конденсаторов.
1 . Шидловский А .К ., Федий В.С . Частотно-регулируемые источники ре
активной мощности. - Киев: Наук., думка, 1 9 8 0 . - |
303 с . |
2 . .Попов А .В . Исследование однофазного тиристорного |
источника ре |
активной мощности с общим узлом искусственной коммутации // По вышение качества электрической энергии. - Киев: Наук, думка, 1 9 8 3 . - С. 1 6 6 -1 7 1 .
УДК 6 2 1 .3 1 4 .6 5 2 .2 Ю.В.Руденко
ВЛИЯНИЕ ИНЕРЦИОННОСТИ В ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ИМПУЛЬСНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПОВЫШАЮЩЕГО ТИПА
Исследовалась устойчивость импульсного отабилизатора напряжения повышающего типа с учетом влияния инерционности в цепи обратной связи . Получены аналитические выражения матричных коэффициентов, по которым рассчитана граница устойчивости для коэффициента усиле ния постоянной составляющей цепи обратной'связи. Расчеты проведе
ны для различных |
соотношений постоянных времени инерционного зве |
на. Результаты |
расчета свидетельствуют о том, что увели |
чение инерционности уменьшает максимально допустимый коэф фициент усиления.
Основной частью импульсных стабилизаторов напряжения (ИСН) являют
ся |
широтно-импульсные преобразователи |
с переменной |
структурой /2, |
||||
3 7 |
. Схема одного из |
ИСН с |
преобразователем |
повышающего типа пока |
|||
зана на рис. |
1 , где |
ДН - |
датчик напряжения, |
У - дифференциальный |
|||
усилитель с |
коэффициентом усиления |
, ГПН - генератор пилообраз |
|||||
н ого напряжения, ФИ - формирователь |
импульсов, |
включающий |
|||||
релейный элемент с нулевым порогом срабатывания. На стабильность
работы преобразователя существенное влияние оказывают помехи, по
ступающие со стороны цепи нагрузки. Для уменьшения влияния этих
помех вводят фильтрующие звенья в цепь сигнала обратной связи . Од
нако включение фильтрующих звеньев, обладающих инерционными свой
ствами, вносит дополнительный фазовый сдвиг в замкнутой системе и
изменяет амплитудные и фазовые условия существования установивше
го ся рёжима. В связи с этим возникает задача последования устой
чивости такого режима. Рассмотрим расчет допустимого коэффициента
ISBN 5 -1 2 -0 0 1 0 1 0 -5 . |
Преобраз, и стабилизация |
параметров |
78 |
электроэнергии. - |
Киев, 1990 . |
усиления цепи |
обратной |
|
|
|
связи ИОН повышающего |
|
|
||
типа (рис. i ) . |
В каче |
|
|
|
стве фильтрующего зве |
|
|
||
на может быть выбран |
|
|
||
операционный усилитель, |
|
|
||
охваченный активно-ем |
|
|
||
костной отрицательной |
|
|
||
обратной связью, вклю |
|
|
||
ченный последователь |
|
|
||
но о инвертирующим |
|
|
||
усилителем (рис. 2 ) . |
“Рис. Л |
|||
Передатрчная функция |
||||
|
|
|||
такого звена выражается |
следующим образом: |
|||
|
|
Ui |
___ £_ |
|
|
|
Ч0С |
'кзг< |
|
где гг Щ С ,; |
$ -///Г,*,; |
кд г ~Я6 /« 5 } ив с -■ и ; |
||
Для определения допустимого коэффициента усиления цепи об |
||||
ратной связи (коэффициента |
усиления постоянной составляющей) вос |
|||
пользуемся методикой, основанной на исследовании дифференциальных уравнений с периодическими коэффициентами Д 7 . Система дифферен циальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в ИСК (см. рис. Д) с инерционностью при модуляции заднего фронта управ ляющего импульса (ШИМ-2), записывается в матричном виде
vZ + Ф ;
Уar - f ‘r ' Z ,
дде Z - (/, вс , кf ) -г вектор переменных состояний;
Ъ / Г * г + ( Г' Л |
e |
|
Ч"и)-
( f T ) ï / £ ' |
|
|
' t j w . |
0 |
||
|
|
|
||||
f iС / |
Щ |
|
|
V r RM/ |
(./?„ + яс )> |
k y ) l |
RL - сопротивление |
обмотки дросселя; 4 ~ сопротивление потерь |
|||||
в конденсаторе; |
ТИ - |
длительность интервала накопления дросоелем |
||||
энергии; г |
- период |
коммутации; |
|
|||
п |
, |
, |
п |
\ Ь |
* / < * < k l * £ |
|
|
|
|
|
|
*Г+Г0 < * < ( * * Ч Г , |
к ' о , /,2,5.. |
Линеаризация данных уравнений по методике работы ( \ J позво ляет получить линейные разностные уравнения с постоянными коэф|и- циентами
тде ^ |
- |
линеаризованный вектор переменных оостояний; |
М‘ Дг 4 |
|||||||||
- **р[3% |
i r~ru )J, |
4 |
- e*P [S r |
* |
Ги ] i |
S,, Sj - |
матрицы с |
постоянны |
||||
ми коэффициентами, |
совпадающие |
соответственно |
с матрицей |
$(#у) |
||||||||
интервалах накопления дросселем |
энергии и отдачи ее в |
нагрузку |
||||||||||
|
|
|
4* |
/; |
|
û; |
|
-fycL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fi |
|
*f?i |
|
|
|||
ct-fu â - tr + ç)> (kr+ r„ )* Y, uc etr+ rN) ] / ( i U ;(tr+ т„)\У, |
|
|||||||||||
|
|
f j i j k U |
r„) |
|
|
|
|
Уг гг ^ |
,;( * Г + rM) |
|
||
Н кГ+ Гн ),ц с (кТ+Ти ) |
- |
значения |
сигналов в моменты времени; |
ttL (*ï+ |
||||||||
|
|
\к Г „ , м _ ; , |
* ' r |
|
|
|
|
|
||||
По найденнвд разностным уравнениям |
определяется транш а устойчи |
|||||||||||
вости |
рассматриваемого ИОН кп |
Ц |
) |
, |
еде |
|
- |
коэффи |
||||
циент передачи постоянной составляющей в цепи обратней связи ; |
||||||||||||
кут - |
максимально допуотимый коэффициент усиления уоилителя/; 4 “ |
|||||||||||
= 7^/7' |
- коэффициент заполнения. Например, |
для применяемых на |
||||||||||
80