Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разработка программно-математических моделей режимов совместной работы ДСП и СТК 11
1.1. Компенсация реактивной мощности и подавление фликера с помощью стк 11
1.2. Моделирование режимов совместной работы ДСП и СТК
1.2.1. Реализация математической модели дуговой печи 23
1.2.2. Идентификация параметров модели 26
1.2.3. Проверка реакции модели на изменение внешних параметров 31
1.3. Выводы по главе 1
2. Глава 2. Оценка эффективности применения стк в системах электроснабжения 35
2.1. Аналитическая оценка работы комплекса ДСП и СТК 35
2.1.1. Работа печи без компенсатора 36
2.1.2. Оценка эффективности работы СТК с дуговой печью 37
2.2. Совместное регулирование устройств компенсации в энергетической системе 43
2.2.1. Предварительные расчеты режимов компенсации 45
2.2.2. Параллельное независимое регулирование УШР и СТК 49
2.2.3. Зависимое регулирование - ведущий УШР, ведомый СТК 52
2.2.4. Раздельное регулирование напряжений 220 и 110 кВ 54
2.3. Выводы ПО ГЛАВЕ 2
ГЛАВА 3. Перспективы внедрения статком в системах электроснабжения 57
3.1. СРАВНЕНИЕ УСТРОЙСТВ СТАТКОМ и СТК 57
3.2. ОБЗОР топологий СТАТКОМ
3.2.1. Схема на базе одноуровневого инвертора 61
3.2.2. Схема на базе многоуровневого инвертора 63
3.2.3. Двухуровневый инвертор 66
3.3. Выводы по главе 3 4.
ГЛАВА 4. Расчет параметров статком и выявление функциональных особенностей 70
4.1. Расчет режимов компенсации и симметрирования 70
4.2. Выбор элементов и параметров
4.2.1. Расчет фильтрующих устройств 75
4.2.2. Анализ режима компенсатора с учетом фильтра 80
4.2.3. Расчет изменений напряжения на конденсаторе для выбора его емкости 81
4.2.4. Структура расчета параметров элементов компенсатора 85
4.3. Методика расчета сигнала управления 86
4.3.1. Быстродействующие датчики составляющих тока 89
4.3.2. Базовая методика управления 93
4.4. Выводы ПО ГЛАВЕ 4
5. ГЛАВА 5. Исследование качества компенсации при различных подходах к управлению 97
5.1. Вспомогательные расчетные модели 98
5.1.1. Система промежуточной обработки сигналов управления 98
5.1.2. Параметры оценки эффективности компенсации 102
5.1.3. Задание исходных условий для компенсации 104
5.2. Оценка эффективности работы алгоритмов регулирования по току 105
5.2.1. Управление датчиками активных и реактивных токов 105
5.2.2. Практическое применение методики симметрирования токов с помощью датчиков составляющих токов 109
5.2.3. Управление с исключением гармонических составляющих тока печи 116
5.2.4. Выделение сигнала основной частоты 119
5.2.5. Подавления фликера с управлением по напряжению 124
5.3. Выводы ПО ГЛАВЕ 5
Общие выводы по диссертации 129
Список литературы
- Идентификация параметров модели
- Оценка эффективности работы СТК с дуговой печью
- Схема на базе многоуровневого инвертора
- Расчет изменений напряжения на конденсаторе для выбора его емкости
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие промышленности и рост общего объёма потребителей с резкопеременным и нелинейным графиком электрических нагрузок приводит к необходимости улучшения качества электрической энергии. А увеличение потребностей в энергоресурсах нередко ведет к необходимости введения новых мощностей в условиях сложившейся инфраструктуры предприятий. В этой ситуации важным аспектом являются мероприятия, направленные на энергосбережение и улучшение качества электрической энергии в системах электроснабжения таких потребителей.
Эта задача может быть решена с помощью оборудования FACTS, предназначенного для контроля и изменения характеристик передачи электроэнергии и оптимизации режимов по различным критериям: пропускная способность и устойчивость сетей, распределение потоков мощности, качество электроэнергии. Наиболее распространенным классом таких устройств являются компенсаторы реактивной мощности, в которых для регулирования используется тиристорный вентиль. Хотя на текущем уровне развития полупроводниковых технологий, в ряде случаев более целесообразно оказывается внедрение компенсирующих устройств на IGBT-инверторах, объединённых в классе СТАТКОМ.
Для исследования в данной работе выбрана конкретная область компенсации реактивной мощности резкопеременных нагрузок, как наиболее сложных с точки зрения влияния, оказываемого на параметры качества электроэнергии. В частности, для дуговых печей мощностью менее 20 МВт, которые обладают наихудшими характеристиками потребляемого тока, установка СТАТКОМ может быть сравнима по цене с установкой СТК аналогичной мощности. Такие печные нагрузки имеют более высокое отношение мощности эксплуатационного КЗ к номинальной мощности, что обуславливает генерацию сильных колебаний напряжения.
Применение СТАТКОМ позволяет осуществлять электроснабжение печи от заводских сетей 6-10 кВ, питающих также другие потребители. Наличие накопителей энергии в устройстве позволяет не только компенсировать реактивные токи, но и на коротких промежутках времени корректировать активные токи, что отдельно не изучалось ранее. Применение в аналогичных условиях тиристорных компенсаторов оказывается недостаточно эффективным.
Технологии СТАТКОМ в электрических системах РФ в настоящее время практически не используются, так как в ряде случаев хотя и могут дать большую эффективность, они проигрывают в цене классическим компенсаторам. А методики управления таких устройств изучены только с точки зрения выполнения отдельных задач, а не комплексного обеспечения электромагнитной совместимости резкопеременной нагрузки и системы электроснабжения.
Цель работы – разработка эффективного способа регулирования полностью управляемого компенсатора РМ в системе электроснабжения дуговой печи, обеспечивающего подавление генерируемых нагрузкой колебаний напряжения, симметрирование и активную фильтрацию потребляемого от сети тока нагрузки.
Для этого решены следующие задачи:
- Разработка модели комплекса ДСП и компенсатора РМ, максимально точно
отражающей взаимодействие устройств.
Верификация модели ДСП. Анализ на моделях работы СТК с ДСП и сравнение результатов с имеющимися данными измерений. Анализ схем и вариантов исполнения СТАТКОМ, выявление наиболее подходящих для конкретных задач.
Разработка нескольких методов управления компенсатором СТАТКОМ с учетом опыта управления СТК.
- Анализ качества функционирования методов управления СТАТКОМ в
полной модели электротехнического комплекса «Система
электроснабжения - УКРМ - ДСП» и определение предельных
возможностей системы компенсации.
Идея работы заключается в достижении полного использования возможностей быстродействующей компенсации за счет формирования инвертором СТАТКОМ токов сложной формы с задействованием накопленной энергии.
Объектами исследования является электротехнический комплекс, включающий систему электроснабжения, дуговую сталеплавильную печь (ДСП) и устройство компенсации реактивной мощности (УКРМ) и его систему управления.
Предметом исследования являются электромагнитные процессы, протекающие в комплексе «Система электроснабжения - УКРМ -ДСП».
Методы исследования, используемые в работе, основаны на применении теории электрических цепей, теории автоматического управления, методов математического имитационного моделирования и проведения вычислительных экспериментов с широким использованием современных компьютерных средств.
Автор защищает:
-
Комплексную модель системы электроснабжения дуговой печи с компенсирующим устройством, обеспечивающую расчеты режимов данной системы и вычисления ПКЭ.
-
Принципы совместного регулирования разнотипных компенсирующих устройств: параллельное независимое регулирование, зависимое регулирование (один ведущий, другой ведомый), раздельное регулирование по двум параметрам.
-
Метод управления компенсирующим устройством, реализующий вычисление быстроизменяющихся токов компенсации сложной формы и их формирование с использованием накопленной энергии.
-
Метод быстродействующего косвенного регулирования напряжения с плавающим коэффициентом расчета выходного тока.
Научная новизна заключается в определении рациональной структуры и параметров компенсирующего устройства на базе управляемого инвертора напряжения и разработке алгоритма управления, обеспечивающего повышение эффективности работы электротехнического комплекса
Она представлена в следующими результатами:
определен характер взаимного влияния работы компенсатора реактивной мощности и дуговой печи c применением нового подхода к идентификации модели.
исследованы режимы одновременной работы в одной системе нескольких компенсирующих устройств разных типов. Сформированы принципы совместного регулирования для выполнения разных задач.
исследованы возможности устройств СТАТКОМ при работе с резкопеременной нагрузкой и токами сложной формы. Разработана методика выбора мощностей компенсатора.
разработаны алгоритмы управления СТАТКОМ, использующие в полной мере возможности устройства, и объединяющие несколько функций.
Практическая ценность. На основании имитационных моделей, учитывающих ключевые параметры исследованной системы и выполненных с физически обоснованными допущениями, разработан алгоритм управления, решающий одновременно несколько задач компенсации реактивной мощности: подавление колебаний напряжения с коэффициентом подавления фликера до 6 ед., симметрирование и сглаживание активных токов нагрузки, фильтрация гармонических составляющих токов.
Апробация результатов работы. В ходе проведения диссертационной работы получение результаты докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях.
Публикации. Основные научные результаты диссертационной работы отражены в 7 печатных работах, опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов списка литературы из 57 наименований и 11 приложений. Диссертация изложена на 152 страницах, включая 37 рисунков, 17 таблиц и приложения объёмом 16 страниц.
Идентификация параметров модели
Наиболее важной частью данной схемы является блок, описывающий характеристики дуги. Математическое описание процесса горения дуги является многофакторной и неопределённой задачей, целью которой является определение гармонического состава тока и напряжения. При этом возникает методологическая проблема, обусловленная особенностями дуги, как нелинейного элемента. Она состоит в замкнутом контуре зависимостей: от вида нелинейности ДВАХ зависит гармонический состав, от гармонического состава зависят значения приведённых реактивных сопротивлений всех элементов цепи, от которых зависят напряжения на дуге, напряжения влияют на длину дуги, от которой зависит вид ДВАХ. Таким образом это цепная рекуррентная задача с математической точки зрения.
Для решения данной задачи на практике используется так называемый прямой подход. Данный метод [9] предусматривает расчет электрических параметров, в первую очередь, тока дуги с помощью одного из уравнений, описывающих процесс горения дуги. При этом также принимаются определенные допущения. Это постоянство потерь энергии при нестационарном горении дуги и экспоненциальный вид функции сопротивления нестационарной дуги. Наиболее известными являются методы расчета, описанные в фундаментальных работах Майра [12] и Касси [13].
Дифференциальное уравнение Касси для проводимости дуги (1.2) является более распространенным способом расчета связи функции тока и напряжения дуги [13]. Данный метод разработанный в первой половине ХХ века, является достаточно неточным. Уравнение Касси не описывает энергетический баланс горения дуги. Оно является эмпирическим и предназначено для построения и идентификации ДВАХ на основе двух задаваемых параметров: действующего напряжения дуги и постоянной времени дуги. dg 1 ( і2 где g - проводимость дуги; i - мгновенное значение тока дуги; U -действующее значение напряжения на дуге; - постоянная времени проводимости дуги.
Динамика дуги обусловлена тепловой инерцией материала электрода вблизи физического катодного пятна, это обуславливает величину , лежащую как правило в пределах от 100 до 5000 мкс. Конкретное значение определяется сопоставлением экспериментальных данных с расчетными характеристиками дуги. Также следует учитывать, что ее величина значительно изменяется в зависимости от текущего этапа плавки.
Погрешность получаемой ДВАХ может доходить до 30%. Поэтому при таком расчете требуется проводить проверку полученных результатов. Для рассмотрения внешних процессов, в частности электроснабжения печи, он может быть применим. На его основании была построенная и исследована модель дуги.
При этом, если текущее мгновенное напряжение на дуге определяется режимом работы системы и получается непосредственно от измерителя в модели, то среднее действующее напряжение является расчетной величиной и задается предварительно. Также в сигнал среднего напряжения вносится величина, описывающая случайную составляющую процесса. Считается, что закон распределения среднего значения при различных реализациях близок к нормальному. Исходя из этого не составляет труда построить набор реализации, задаваясь средним значением. А с учетом того, что колебания напряжения дуг происходят с частотой до 10 Гц [14], в течение одного периода действующие значения могут рассматриваться как постоянные. Стоит отметить, что в основном эта величина и определяет значение проводимости и тока дуги, и через нее можно регулировать выходные значения. Для рассматриваемой печи в наиболее тяжелом режиме было получено значение 165 В, однако оно может быть изменено в ходе эксперимента для получения необходимого режима потребления печи.
Согласно дифференциальному уравнению Касси, можно построить вычисление в модели, не находя его решение аналитически. Блок-схема этого вычисления, представленная на рисунке 1.5, внесена в блоки расчета дуги для каждой фазы.
Блок схема вычисления проводимости дуги На выходе данного расчета получаем величину активной проводимости. Мгновенное значение выходного тока представляется, как произведение результата решения этого уравнения на текущее напряжение на дуге. i(t) = U(t)-g(t) 1.3 Данная величина описывает в модели дугу как изменяющуюся активную проводимость. Помимо данного блока в цепь также включены индуктивные элементы установки: печной трансформатор, реакторы и схема замещения короткой сети. Наличие этих элементов обеспечивает выходной коэффициент мощности близкий к нормальному.
При классическом рассмотрении уравнения Касси настройка параметров расчета производится через анализ ДВАХ, которые также нестатичны во времени [15]. Поэтому задают фиксированную ДВАХ и считают, что гармоники никак не влияют на реактивные сопротивления. Это грубые допущения и таким образом, могут быть получены неопределенные решения, не дающие точного гармонического состава токов. Так как конечным данными является гармонический состав токов при идентификации модели предложено отталкиваться от типового спектра токов для конкретной печи и ее режима работы. Проводя анализ непосредственно входных токов и напряжений печи можно также разорвать математическую неопределенность и обойти построение ДВАХ.
При этом фиксируется решение на основе эксперимента и обобщенных данных гармонического состава. Затем ведется сравнение результатов с конкретным эталонным током в частотной области, что позволит оценивать характеристики на длительном промежутке времени более точно.
Оценка эффективности работы СТК с дуговой печью
Помимо работы с резкопеременными нагрузками (промышленное применение) статические тиристорные компенсаторы используются и в сфере передачи электроэнергии. Регулирование реактивной мощности в линии обеспечивает устойчивость передачи и поддержание стабильного уровня напряжения [25]. При этом процессы регулирования в таких системах более медленные, но требуется высокая мощность компенсаторов и работа на более высоких уровнях напряжения.
На подстанциях 220 кВ МЭС Востока Майя и Томмот, входящих в состав строящейся электропередачи «Нижний Куранах-Томмот-Майя», предусмотрена установка устройств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения (КУ) двух различных типов: управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора (УШР) с диапазоном регулирования реактивной мощности 0…-100 Мвар и статического тиристорного компенсатора (СТК) с диапазоном регулирования +20…-20 Мвар. В связи с этим в 2014 году проводилась разработка методик регулирования СТК по напряжению 220 кВ, учитывающих особенности работы второго компенсатора. Помимо различных мощностей, особенностью рассматриваемой системы является подключение устройств компенсации к разным обмоткам автотрансформатора 220/110/10 кВ.
Параллельная работа двух устройств компенсации разного типа с различным быстродействием (время реакции СТК составляет порядка 30 мс, а УШР - не менее 400 мс даже в режиме форсировки), как правило, в мировой практике не используется [26]. Особенностью работы является то, что компенсирующие устройства имеют подключение к разным обмоткам сетевого автотрансформатора: УШР работает на напряжении 220 кВ, а СТК на напряжении 10 кВ, но регулирование обоих устройств производится по значению напряжения шин 220 кВ.
По сравнению с обычными статическими тиристорными компенсаторами реактивной мощности, подключаемыми к шинам высокого напряжения подстанции через понижающий трансформатор, УШР имеют определенные преимущества: это возможность выполнения на любой требуемый любой класс напряжения, простота, высокая надежность меньшие габариты, потери и стоимость. [27].
Но СТК в свою очередь может обеспечить гораздо лучшее быстродействие, что значительно влияет на его функциональные возможности. Его использование обеспечивает максимальную эффективность компенсации в магистральных линиях электропередачи, повышая не только статическую, но и динамическую устойчивость.
Для крупных предприятий, граница балансовой принадлежности которых проходит на стороне высокого напряжения, подобные комбинированные системы могут позволить эффективно поддерживать необходимую величину коэффициента мощности, а значит и наиболее полно использовать пропускную способность линий. А использование совместного регулирования по напряжению 220 кВ обеспечивает минимальный уровень отклонений и колебаний данного напряжения.
В таком комплексе поддержание устойчивой совместной работы УШР и СТК не представляет собой большой сложности, однако стратегии их регулирования могут быть различными. С помощью математического моделирования возможных стратегий совместного регулирования УШР и СТК была обеспечена возможность выбора оптимальной стратегии с учетом особенностей работы подстанций. 2.2.1. Предварительные расчеты режимов компенсации
В качестве исходных данных для проведения работы были заданы характеристики автотрансформатора 220/110/10 кВ мощностью 125 МВА. Была использована однолинейная схема подстанции с подключенными УШР и СТК и основные параметры энергосистемы, такие как значения трехфазных мощностей КЗ на шинах ПС, рассчитанные из заданных токов КЗ. Это позволило рассчитать изменения напряжения U, которые будут иметь место при изменении мощности СТК и УШР в полном диапазоне регулирования.
Предварительные расчёты показали, что УШР может обеспечить плавное регулирование напряжения в диапазоне 5,42%, а СТК способен изменить напряжение на шинах 220 кВ всего на 2,17%, что учитывалось при проведении моделирования. Исходные возмущения были выбраны так, чтобы обеспечивать работу регуляторов СТК и УШР в линейной зоне, то есть без их насыщения.
Регулирование компенсации по напряжению осуществляется на основе исходных регулировочных характеристик СТК и УШР, и в соответствии сними были построены модели регуляторов.
На рисунке 2.3-а представлена регулировочная характеристика СТК (зависимость тока СТК от величины контролируемого напряжения). Согласно [28] система управления СТК (СУ) регулирует напряжение на шинах 220 кВ в соответствии с заданными уставкой и статизмом. Статизм - наклон характеристики в зоне плавного регулирования. Величина статизма, задаваемая в процентах, равна отношению dU/Uуст и определяет наклон регулировочной характеристики и величину изменения контролируемого напряжения dU в диапазоне плавного регулирования СТК. Задание статизма необходимо для устойчивой параллельной работы двух компенсирующих устройств
Схема на базе многоуровневого инвертора
Различная ширина импульсов протекания тока через накопитель делает сложным расчет его интеграла. К тому же при изменении коэффициента модуляции конфигурация импульсов будет изменяться. Данный график образуется, как произведение набора импульсов (сигнал M(t)) на синусоидальный сигнал задания. n/ bq= lJR_ampcost-M(t)-dt Таким образом график представляет из себя сложную функцию, включающую в себя импульсный сигнал. Поэтому, имеет смысл искать решение такого интеграла путем моделирования, не прибегая к сложным аналитическим вычислениям.
Очевидно, что на заданном промежутке интеграл индуктивного тока будет равен нулю. Однако в определенные моменты времени, этот ток будет также вызывать отклонение напряжения, которое целесообразно оценить. Основное же, накапливающееся изменение будет вызвано протеканием активной части тока.
Выбор емкости накопителя проведем исходя из условия недопущения отклонения напряжения более чем на 2% в течении одного периода при работе с максимальным индуктивным током. Максимальное отклонение при работе с реактивным током, будет в момент его перехода через 0, то есть через четверть периода после начала отсчета. Рассчитаем соответствующую величину заряда, при работе с максимальным током. При этом в зависимости от текущего уровня напряжения сети, и от направления тока будет изменяться конфигурация импульсов управления, а соответственно и форма анализируемого тока.
Для оценки рассмотрим величину, на которую изменяется заряд конденсатора при работе с номинальным напряжением сети отдельно для максимального индуктивного и емкостного токов.
А при индуктивном токе той же величины, коэффициент модуляции равен 0,817. Затраченный заряд в таком режиме равен 1,05 Кл. Поскольку такой режим не является основным, далее будем рассматривать величину в 1 Кл.
Данный заряд должен не превышать 2% от полного начального заряда. Таким образом, необходимый заряд накопителя равен 50 Кл. При постоянном напряжении на нем в 5400 В, может быть определено требование к его емкости:
Зная эту величину можно оценить значение активного фазного тока, которое сможет реализовать установка в одной фазе. При этом также зададимся ограничением отклонения напряжения не более чем на 5% за два периода при работе с заданным активным током.
При выбранной емкости данное отклонение соответствует заряду в 2,5 Кл. Таким образом в течении одного активного полупериода должно затрачиваться не более половины от этой величины. Моделирование показывает, что такой режим будет соответствовать активному току в 560 А. На таком уровне следует ограничить формирование активного тока системой управления. Так как несколько периодов его протекания вызовет значительную просадку напряжения. Данные отклонения должны фиксироваться контроллером и быть скомпенсированы не более чем через один период работы.
Стоит так же учесть, что при работе с активным и реактивным токами их наложение вызовет более значительный расход заряда, что негативно скажется на качестве компенсации. Однако все факторы могут быть скомпенсированы достаточно чувствительной и правильно настроенной системой контроля напряжения.
Данные расчеты проводились для одной фазы, что является наиболее тяжелым режимом для накопителя. При работе в трехфазном режиме, токи конденсатора будут иметь более сложную форму, однако суммарная нагрузка будет снижена, поэтому выбранные величины можно считать достаточными для всех режимов.
В результате описанных расчетов были получены все параметры, характеризующие элементы силовой части установки. К ним относятся: - емкости, индуктивности и сопротивления силового фильтра - характеристики IGBT-транзисторов. - индуктивности фазных реакторов инвертора - ёмкости и напряжения накопителей постоянного тока.
Выбор того или иного решения оказывает влияние на расчеты смежного оборудования. Блок-схема, показанная на рисунке 4.6, описывает полную структуру расчетов и позволяет проследить их взаимосвязи и правильный порядок их выполнения. Рисунок 4.6 блок-схема расчетов параметров элементов Таким образом в четвертой главе рассчитаны характеристики СТАТКОМ для дальнейшего использования при моделировании систем управления. А также сформирована рациональная структура и последовательность проведения этих расчётов.
Для любого компенсатора алгоритм управления строится исходя из его основных функций, или условий компенсации. К ним относится обеспечение нулевой реактивной мощности в линии питания и симметрирование протекающих активных токов по фазам.
Эта проблема была исследована Чарльзом Штейнметцом в начале 20-ого столетия. Решения данной задачи называют алгоритмом Штейнметца [30]. Расчёт может быть проведен несколькими различными путями: в комплексной форме или с разложением токов на симметричные составляющие, а также
Расчет изменений напряжения на конденсаторе для выбора его емкости
На основании рассмотренных выше методик расчета построен вариант полностью исключающий быстродействующие датчики. При этом ток компенсатора будет формироваться исходя из данных поступивших за последний промежуток времени. Задержки на вычисления будут вносить в работу компенсатора определенное сглаживание, затраты энергии на которое должны быть покрыты за счет использования накопителя энергии.
Как было показано выше, при отсутствии в токе интергармонических составляющих можно достаточно точно вычислять составляющие частот кратных 50 Гц. Это относится и к току основной частоты. При этом вычисляемые коэффициенты формулы «а» и «b» будут соответствовать амплитудам реактивной и активной частей тока. Таким способом может быть выделен желаемый ток потребления системой, как активный ток нагрузки усреднённый по трем фазам.
Его величина будет определяться выражением: а +а1В +а 3 /() = W()- r -sin(2.50.t + pA) 5.9 а 1м =2-3 J /„flgra()-cos(2-50-)- 5.10 аы, а1в, а 1 С - коэффициенты активной составляющей для фаз A, В и С. ы (рА - постоянная фаза, задающая сдвиг напряжения относительно отсчета времени.
Важно, что в такой системе все три фазы работают на один накопитель, что позволит им обмениваться энергией. При резком скачке тока одной из фаз заряд накопителя будет расходоваться на сглаживание тока линии в соответствии с расчетом задания. Однако в тоже время его восполнение происходит по всем трем фазам, поэтому периоды разряда будут кратковременными и система будет удерживать напряжение накопителя в узком диапазоне.
При выбранных параметрах компенсатора, задействовав 10% полного заряда можно непрерывно генерировать ток в 1000 А в течении четверти периода независимо от его фазы и влияния подзарядки. В сумме с системой подзаряда этого достаточно для гашения любых быстрых изменений тока нагрузки.
Затраты прямо зависят от формы тока. Поэтому были рассмотрены процессы резкого изменения тока в одной, двух или трех фазах. И в моделях оценено влияние на заряд единичных изменений режима активной нагрузки. Для этого предварительно зафиксирован процесс нормальной работы компенсатора и записан график тока зарядки. При изменении режима система зарядки не реагирует на изменения напряжения, что позволяет достаточно точно вычислить какой заряд затрачивается на сглаживание тока.
Были рассчитаны следующие процессы: - нормальное возникновение активного тока в одной фазе в момент его перехода через ноль. В этом случае компенсатор плавно среагировал и ввел в систему токи необходимые для симметрирования в течении одного периода, затратив на это 2.75 Кл, то есть 5% всего заряда. А при включении системы подзарядка напряжение в момент включения изменяется максимум на 2,5 %. Это режим является не самым тяжёлым, так как ток не возрастает скачком. И даже при задержке в подзарядке не вызовет сбоев в работе компенсатора. - наброс двухфазной несимметричной нагрузки приводит к необходимости как сглаживать резкий скачек тока в одной из фаз, так и сразу вводить токи симметрирования. Поэтому здесь расходуется уже 5.8 Кл, то есть более 10% полного заряда. В таком процессе быстрая реакция подзарядки и имеет важное значение, и она позволяет ограничить изменения напряжения диапазоном в 7,5% с быстрым возвратом к нормальному значению. - мгновенное возникновение активной трехфазной нагрузки. В двух фазах из трех ток возникает с резким скачком. Для сглаживания в данном процессе расходуется 6.2 Кл, или 11.2 % заряда. Затраты энергии лишь несколько больше чем в предыдущем случае. Однако даже при контроле напряжения на конденсаторе в данном случае не удалось снизить максимальный выброс, и его величина составила около 10%. - резкий спад активного тока в двух фазах с поддержанием третьей. Этот режим оказался одним из самых тяжелых и потребовал разряда около 8 Кл.
Рассмотренные случаи включают сложные режимы, которые вряд ли могут быть встречены при работе с реальными нагрузками. Однако, в целом они показывают какие затраты энергии могут потребоваться, а результаты моделирования подтверждают то, что эти затраты могут быть покрыты за счет рассчитанного накопителя при выбранном методе регулирования.
Помимо этого, рассмотрен расход заряда в течении одной секунды при работе в выбранном режиме и отсутствии зарядки. Смоделировав данный процесс работы с печью получаем значение заряда в Адс=21,8 Кл, что составляет 40% всего заряда. Данная величина в полтора раза больше, чем для первого метода управления, что говорит о большей нагрузке на накопитель.