Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Качество электроэнергии и способы его улучшения 9
1.1. Показатели качества электроэнергии и требования предъявляемые к ним 9
1.2. Последствия ухудшения качества электроэнергии 19
1.3. Устройства, предназначенные для улучшения качества электроэнергии 31
Выводы по главе 1 48
Глава 2. Анализ режимов работы и разработка методики проектирования силовой части регулятора 50
2.1. Устройство и принцип действия универсального регулятора качества электроэнергии 50
2.2. Анализ установившихся режимов работы 56
2.3. Методика проектирования силовой части универсального регулятора качества электроэнергии 62
Выводы по главе 2 78
Глава 3. Исследования и разработка системы управления регулятором 80
3.1. Выбор метода управления преобразователями последовательного и параллельного компенсаторов 80
3.2. Анализ и разработка структуры системы управления универсальным регулятором качества электроэнергии с использованием синхронного регулятора 86
3.3 Разработка алгоритма управления универсальным регулятором качества электроэнергии 105
3.4. Аппаратная реализация системы управления 121
Выводы по главе 3 124
Глава 4. Математическое и физическое моделирование режимов работы регулятора 126
4.1. Выбор средств математического моделирования 126
4.2. Оценка качества регулирования при различных возмущающих факторах 128
4.3. Оценка влияния высокочастотной модуляции на качество выходного напряжения и тока сети 147
4.4. Физическое моделирование регулятора качества электроэнергии 155
Выводы по главе 4 162
Заключение 163
Список литературы 164
- Последствия ухудшения качества электроэнергии
- Анализ установившихся режимов работы
- Анализ и разработка структуры системы управления универсальным регулятором качества электроэнергии с использованием синхронного регулятора
- Оценка качества регулирования при различных возмущающих факторах
Введение к работе
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:
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;
Разработки принципа создания универсального регулятора качества электроэнергии на основе последовательного и параллельного активных фильтров;
Проведения анализа электромагнитных процессов в статических и динамических режимах работы и на его основе разработка методики инженерного проектирования силовой части регулятора;
Разработки алгоритма управления и системы управления регулятором качества электроэнергии, позволяющих реализовать его функции и обеспечить своевременную защиту при возникновении аварийных ситуаций;
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:
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;
Разработана методика инженерного проектирования элементов силовой части;
Разработан принцип построения и алгоритм функционирования цифровой системы управления;
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.
Последствия ухудшения качества электроэнергии
Современное электрооборудование, применяемое в связи, медицине, транспорте, производстве и других сферах человеческой деятельности, предъявляет высокие требования к качеству потребляемой электроэнергии. Проблемы электропитания могут привести к сбоям в работе оборудования, сокращению срока службы и выходу его из строя.
Отклонение какого-либо параметра питающего напряжения от нормы (часто этой нормой устанавливают упомянутый ГОСТ 13109-97) может стать причиной работы элементов в недетерминированной области их характеристик и привести к некорректной работе прибора в целом. Особенно трудно гарантировать работу схемы при одновременных отклонениях сразу нескольких параметров питающего напряжения. Такая ситуация часто приводит к непрогнозируемой работе приборов, снижению КПД и преждевременному выходу оборудования из строя. В связи с этим поставщики электротехнического оборудования гарантируют его работоспособность при заданном качестве электроэнергии [7,8].
Среди многих других последствий некачественного электроснабжения особенно следует выделить информационные сбои, возникающие в телекоммуникационных и компьютерных сетях. Как свидетельствует статистика, более половины случаев потери и искажения данных в компьютерных системах вызывается неполадками именно в силовых сетях электроснабжения [9]. Большинство современных технологических процессов управляется телекоммуникационной, микроконтроллерной и компьютерной аппаратурой. Поэтому информационные сбои, вызывающие искажения управляющих сигналов и нарушения нормальной работы оборудования, могут иметь катастрофические последствия. В первую очередь это касается предприятий с непрерывными технологическими циклами производства.
Таким образом, результаты длительного труда целых организаций, финансовая и экономическая безопасность предприятий, экологическая обстановка и, главное, сохранность человеческих жизней находятся в сильной зависимости от качества электроснабжения. По оценкам крупных мировых корпораций ущерб от некачественного напряжения для фирмы составляет от 1 до 50 тыс. $ в час.
В каждом конкретном случае необходимо учитывать технические характеристики используемого оборудования, режим работы предприятия или организации и требования к защите данных. К сожалению, далеко не всегда электроэнергия соответствует установленным стандартам качества. По данным ф. MAS Elektronikhandels в США наиболее часто встречаются следующие случаи ухудшения качества электроэнергии (рис. 1.5): провалы напряжения - кратковременное понижение напряжения до величины, меньшей 90% от номинального значения. Обычно вызываются резким увеличением нагрузки на сеть (включением мощных потребителей -промышленного оборудования, лифтов, насосов и т.п.); повышение напряжения (перенапряжение) - кратковременное увеличение напряжения в сети более 110% от номинального значения. Обусловлены внезапным уменьшением нагрузки на сеть (отключением мощных потребителей); всплески напряжения (высоковольтные выбросы) - кратковременные (не более 10-100 мс), очень значительные увеличения напряжения, до 20 кВ. Возникают из-за близкого грозового разряда или включения напряжения на подстанции после аварии; высокочастотный шум - радиочастотные помехи. Причиной могут служить коммутационные процессы в устройствах силовой электроники, работа реле и радиопередатчиков; колебания частоты - кратковременные или длительные отклонения частоты питающего напряжения от номинального значения (50 Гц). Как правило, вызываются нестабильностью частоты вращения ротора генератора; искажения формы напряжения - значительные отклонения формы напряжения от синусоиды. Создаются импульсными блоками питания и другой нелинейной нагрузкой; полное исчезновение напряжения в сети. Вызывается срабатыванием системы аварийной защиты силовой цепи, отказом основного или резервного источника электроснабжения.
Наиболее характерные случаи ухудшения качества электроэнергии приведены в табл. 1.6.
По данным отечественной фирмы «А&Т» в России наиболее часто встречающимся случаем ухудшения качества электроэнергии, так же как и в США, можно считать пониженное напряжение. Однако повышенное напряжение в сети встречается почти так же часто, как и пониженное. Причем, для разных мест (городов, районов, предприятий) обычен определенный уровень напряжения в сети. Где-то оно может быть в основном пониженное, в других местах в основном нормальное или в основном повышенное. Этот уровень сохраняется примерно одинаковым все время. При этом наблюдаются циклические изменения напряжения, связанные с изменением нагрузки в электрической сети.
Важной проблемой, имеющей негативное последствие для качества электроэнергии, является возрастающая роль нелинейных и несимметричных нагрузок, главным образом полупроводниковых преобразователей. Наличие нелинейных потребителей характерно, как для промышленных (электропривод, дуговые печи), так и для бытовых (источники питания бытовой техники, электронные балласты) СЭ [10-15]. По данным [10] в настоящее время в США количество нелинейных потребителей составляет от 15 до 20% от общего числа потребителей. Данная цифра весьма значительна, при этом согласно прогнозу [16], в ближайшие 10 лет количество нелинейных потребителей должно возрасти до 75-80%. В основном такой прирост связан с бурным непрекращающимся развитием силовой электроники. Силовые электронные устройства, обладая высокой эффективностью, постепенно вытесняют своих предшественников, что, к сожалению, отрицательно сказывается на качестве электроэнергии.
Одним из наиболее распространенных нелинейных потребителей являются выпрямители. Они входят в состав источников питания для бытовой техники, печей переменного тока, преобразователей частоты для электропривода. На рис. 1.7. представлены кривая и спектр тока, потребляемого трехфазным выпрямителями с конденсатором на выходе [10]. Из спектра видно, что с ростом порядкового номера амплитуды высших гармоник убывают, при этом амплитуда 5-й гармоники может составлять до 90% от величины 1-й гармоники.
На рис. 1.8. представлены кривая и спектр тока, потребляемого выпрямителем с дросселем на выходе или преимущественно индуктивной нагрузкой [10]. Из рис. 1.8. видно, что спектр более разнороден и амплитуда 5-й гармоники значительно меньше амплитуды 1-й, при этом, амплитуды гармоник с п 5 приблизительно одинаковы и достаточно малы. В целом данная кривая более предпочтительна, чем кривая рис. 1.7.
Поэтому выпрямительной нагрузке всегда уделяется особое внимание, например, при нормировании спектрального состава тока различного бытового оборудования, европейский стандарт EN 61000-3-2 выделяет источники питания с выпрямителями в отдельную группу.
Анализ установившихся режимов работы
В настоящее время широко применяется метод анализа преобразователей, базирующийся на принципе усреднения переменных [63,76]. Он является приближенным, и предназначен в первую очередь для получения качественной картины происходящих процессов. Математическое моделирование при этом используется для проверок и уточнений.
В методе усреднений каждая переменная модуляционного преобразователя представляется в виде суммы двух составляющих: медленно меняющейся (основы) и быстропеременной (импульсной). Основа является полезной частью переменной, а пульсация - побочным эффектом. Выделение основы из переменной производится действием усреднения, при этом значение переменной в каждой точке заменяется ее средним значением в большой окрестности этой точки.
По определению переменная x(t) равна: где: x(t) - основная составляющая переменной; x(t) - пульсация.
Система управления вырабатывает закон переключения силовых ключей преобразователя в функции выходных напряжений и токов. Пульсации могут существенно влиять на работу системы управления. Это ограничивает область применения непрерывной модели. Например, ее нельзя использовать для анализа возможности возникновения высокочастотных автоколебаний. В то же время для системных задач и некоторых задач анализа самого преобразователя ее применение корректно.
При работе преобразователя пульсация выходной переменной должна быть значительно меньше ее основы.
На нем приведены графики основных составляющих тока и напряжения /, и непрерывной модели и точные графики этих переменных f, и" в процессе пуска преобразователя с нулевыми начальными условиями. Даже в этом критическом для непрерывной модели режиме, когда скорость изменения основных составляющих близка к скорости изменения пульсаций, точность отображения остается удовлетворительной.
Для проведения дальнейшего анализа целесообразно принять, что потери в элементах схемы преобразователя равны нулю.
Такое допущение является общепринятым при предварительном анализе процессов в преобразователях, поскольку потери активной мощности составляют не более 10 %.
При линейной нагрузке модуляция синусоидальна. Расчет основных составляющих цепи переменного тока сводится к нахождению комплексных амплитуд синусоидальных функций. Схема универсального регулятора качества электроэнергии для расчета основных составляющих приведена на рис. 2.8. где ZL=O)L. Приведенные выше соотношения позволяют проводить анализ работы схемы. На рис. 2.9. приведены векторные диаграммы для номинального (а),
Из диаграмм видно, что при номинальном напряжении сети (рис. 2.9,а) преобразователь параллельного КМ для компенсации реактивного тока нагрузки iHq должен генерировать напряжение йтрШ, совпадающее по фазе с напряжением сети, а по амплитуде превосходящее его на величину ULm, необходимую для создания тока дросселя iL равного по амплитуде реактивному току нагрузки iHq. Значение ULm можно вычислить по формуле:
В результате получается, что ток дросселя iL равен реактивному току нагрузки, но противоположен ему по фазе, а ток сети содержит только активную составляющую тока нагрузки Інр.
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 iLq, направленной на компенсацию реактивного тока нагрузки, содержит также активную составляющую iLp 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 ILpm. При повышенном напряжении сети наоборот - напряжение преобразователя опережает, а ток сети становится меньше активного тока нагрузки на величину ILpm.
Активная мощность отдаваемая (потребляемая) последовательным КН Рпос.ші для стабилизации напряжения нагрузки равняется активной мощности параллельного КМ Ртр.км для поддержания напряжения на накопительном конденсаторе на номинальном уровне
Реактивная мощность параллельного KM QmpMi равна реактивной мощности нагрузки QH
Параллельный КМ кроме реактивной мощности генерирует мощность искажения, необходимую для фильтрации токов высших гармоник нагрузки DH. Таким образом, если пренебречь потерями активной мощности в ключах преобразователя, максимальная мощность, развиваемая параллельным КМ йпар.Ш Значения Q„ и DH определяются нагрузкой, а величина Рп0с.кн определяется изменением напряжения питающей сети: где AUC- максимальное отклонение входного напряжения.
Анализ и разработка структуры системы управления универсальным регулятором качества электроэнергии с использованием синхронного регулятора
Универсальный регулятор качества электроэнергии можно разделить на две подсистемы: последовательный и параллельный активные фильтры.
Последовательный (активный фильтр) компенсатор напряжения производит формирование добавочного напряжения, равного отклонению напряжения сети от номинального значения для стабилизации напряжения нагрузки. В силовой части последовательного КН (рис. 3.2) можно выделить импульсную часть с четырехквадрантным преобразователем и непрерывную часть, включающую LC-фильтр и согласующий трансформатор. Управление последовательным компенсатором осуществляется по способу трехуровневой ШИМ. Сигнал задания модулятора, равный разнице текущего значения напряжения сети и номинального, представляет собой гармонически изменяющийся сигнал. При частоте модуляции, превышающей на несколько порядков частоту сигнала задания, гармонический сигнал можно рассматривать как постоянную величину на протяжении временного интервала многократно превышающего период коммутации ключей преобразователя. Исходя из этого, последовательный КН можно рассматривать как понижающий импульсный преобразователь постоянного напряжения, с медленно изменяющимся напряжением задания.
Особенностью силовых электронных регуляторов импульсного типа является то, что они изменяют свою структуру при коммутации ключевых элементов. Поэтому они не могут быть описаны одной системой дифференциальных уравнений в нормальной форме. Более того, структура регулятора может изменяться в зависимости от режима работы устройства. В результате каждой структуре соответствует свое уравнение переменных состояния. По этой причине при моделировании импульсных регуляторов был разработан и нашел широкое применение метод усреднения пространств состояния, который позволяет приближенно учесть изменение структуры в процессе работы устройства.
В соответствии с изложенным выше алгоритмом реализации трехуровневой ШИМ имеют место две структуры, схемы замещения которых представлены на рис. 3.4. Первая соответствует активной позиции, когда напряжение накопительного конденсатора приложено к LC-фильтру (рис. 3.4,а), а вторая позиции зануления - напряжение на входе LC-фильтра равно нулю (рис. 3.4,6). Поскольку в процессе работы УРКЭ ток сети равен активному току нагрузки, то можно считать, что к выходу LC-фильтра подключено сопротивление, равное активному сопротивлению нагрузки приведенное к первичной обмотке согласующего трансформатора.
Каждая схема замещения является линейной и может быть описана системой уравнений состояния. Вектор переменных состояний имеет вид:
Принцип усреднения заключается в том, что для описания системы регулирования с разными структурами создается одна усредненная система уравнения состояний, которая учитывает уравнения всех структур с весовыми коэффициентами, соответствующими относительной длительности существования этих структур в течение одного периода. Используя коэффициент заполнения у, получаем:
Полученное уравнение учитывает переменную структуру последовательного КН, обусловленную коммутацией ключей. Точность этой модели в основном определяется уровнем пульсация выходного напряжения (имсті)- Чем меньше будет уровень пульсаций, тем более адекватно модель будет отражать процессы в реальной схеме. Пренебрегая пульсациями можно провести анализ схемы методом основных (средних) составляющих напряжений и токов. Заменим импульсную часть последовательного КН эквивалентным управляемым источником среднего напряжения Ufcp — UR -у Изменение этого напряжения происходит либо при изменении напряжения на накопительном конденсаторе (UR) или коэффициента заполнения (у), который определяется законом регулирования. Система (3.5) является нелинейной, т.к. содержит произведение UK 7 однако, линеаризуя ее для малых отклонений параметров получим передаточные функции силовой части регулятора, используя классические методы анализа линейных систем регулирования. Для этого представим основные параметры схемы в виде: uK=UK+AuK; iu=IL+Aiu; Г = Го+АГ Здесь каждые параметры представлены установившимися значениями (постоянной составляющей) временных функций в конкретном исследуемом режиме и малосигнальными отклонениями от них. После подстановки (3.6) в (3.5) получим уравнения позволяющие проанализировать связь параметров схемы, как в статическом, так и в динамическом режиме работы, которая описывается уравнением:
Оценка качества регулирования при различных возмущающих факторах
Анализ силовой части УРКЭ совместно с системой управления (раздел 3.2) показал, что при правильно рассчитанных коэффициентах пропорционально-интегральных регуляторов, модуляционные гармоники имеют высокий коэффициент ослабления и не оказывают влияния на процессы, протекающие в электроэнергетической системе и СУ преобразователей параллельного и последовательного компенсаторов. Поэтому при анализе динамики и устойчивости работы СУ наличие модуляционных гармоник тока и напряжения в электроэнергетической системе преобразователей можно не учитывать. На рис. 4.1. представлена модель УРКЭ реализованная в программе Simulink программного комплекса MatLab. Здесь регулятор работает на активно-индуктивную нагрузку (Nagr).
Для исследования влияния возмущающего воздействия со стороны нагрузки используется, ключ Switch позволяющий осуществить сброс или наброс нелинейной нагрузки (Nelin nagr), представляющей собой неуправляемый выпрямитель с емкостным фильтром. Такой тип нелинейной нагрузкой является наиболее характерным для современных бытовых и промышленных систем электроснабжения. Параметры нагрузки, используемые при моделировании: - активно-индуктивная нагрузка: Рн = 2 кВт, cosffpj = 0,8 (Z,„ = 37 мГн, #„=15,5 Ом); - нелинейная нагрузка: Р„ = 2 кВт.
Преобразователи последовательного и параллельного компенсаторов реализованы при помощи управляемых источников напряжения (Preobr posled AF и Preobr paral AF).
Система управления последовательного КН (синие элементы) формирует напряжение задания по отклонению напряжения нагрузки (UN) относительно номинального напряжения сети (Uc_nom) при помощи регуляторов основной и 3-ей гармоники, блок схема реализации которых представлена на рис. 3.7. Большинство современных однофазных нелинейных потребителей (бытовая и офисная техника) представляют собой выпрямители с емкостными фильтрами, спектр тока которых содержит нечетные гармоники. При этом наибольшую амплитуду, по сравнению с другими высшими гармониками, имеет 3-я гармоника. Гармоники, кратные третьей, приводят к падению напряжения, как в нейтрали, так и в фазных проводниках, вызывая искажения формы напряжения на других нагрузках, подключенных к этой сети. Для упрощения модели и сокращения времени расчета используется только регулятор третьей гармоники, вносящей наибольший вклад в искажение питающего напряжения. Добавление других регуляторов не влияет на работу системы в целом, поскольку устойчивость, быстродействие, а также точность регулирования оценивается по каждой гармонике в отдельности, поэтому для решения поставленных при моделировании задач их можно не использовать. Система управления параллельного КМ (красные элементы) реализована в соответствии с блок-схемой, представленной на рис. 3.19. Она обеспечивает формирование напряжения задания параллельного КМ, для генерации 3-й, 5-й гармоник, имеющих наибольший весовой коэффициент по сравнению с другими гармониками, реактивного тока нагрузки, а также стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе.
По предложенной в разделе 3.2 методике с использованием полученных передаточных функций для параллельного КМ (3.21) и последовательного КН (3.28) был проведен анализ устойчивости системы отдельно по каждой гармонике тока и напряжения с учетом ниже приведенных параметров силовой части УРКЭ, по результатам которого были выбраны следующие значения коэффициентов пропорционально-интегральных звеньев входящих в состав регуляторов гармоник тока и напряжения:
Управляемый источник напряжения (Setvg) позволяет, при помощи ключей (Switch) изменять параметры напряжения сети, а также добавлять к основной гармонике третью. Коэффициент искажения третьей гармоники равен 10%. В работе исследовалось поведение регулятора при скачкообразном уменьшении и увеличении напряжения сети на -20% и +10% относительно «номинального» значения (wc0(г) = 31 Osinfoj / + 31 sin( 3cw t)).
