Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 11
Требования к качеству электроэнергии 11
Влияние на питающую сеть управляемых выпрямителей 18
Технические средства улучшения качества электроэнергии 22
ВЫВОДЫ 33
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 35
Электрическая система с вентильным преобразователем электропривода постоянного тока 35
Пассивные силовые фильтры электроэнергии 52
Активные параллельные фильтры электроэнергии 57
4. Системы управления активными параллельными фильтрами
2. Разработка базовой системы управления активным параллельным
Моделирование системы «электропривод постоянного тока - активный параллельный фильтр электроэнергии» 123
Сравнительный анализ энергетических характеристик электропривода постоянного тока с системой «электропривод постоянного тока активный параллельный фильтр электроэнергии» 125
электроэнергии 64
ВЫВОДЫ 76
3.1. Разработка метода адоптации системы управления активного параллельного фильтра электроэнергии к системе управления электроприводом постоянного тока 78
фильтром электроэнергии, адаптированной к электроприводу
постоянного тока
3 3 Исследование переходного процесса при заряде накопительного
конденсатора активного параллельного фильтра электроэнергии 07
3.4. Устройство предварительного заряда накопительного
конденсатора активного параллельного фильтра электроэнергии. 107 ВЫВОДЫ 113
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ «ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА — АКТИВНЫЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ФИЛЬТР ЭЛЕТРОЭНЕРГИИ» НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ и5
АЛ. Математическая модель системы «электропривод постоянного
тока - активный параллельный фильтр электроэнергии» 115
4.4 Область применения активного параллельного фильтра
электроэнергии с предлагаемой системой управления 137
ВЫВОДЫ 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 144
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 146
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Программа расчета гармонического состава тока, потребляемого тиристорным преобразователем,
выполненная в среде MathCAD 155
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Модель для исследования переходного процесса заряда накопительного конденсатора силовой части АПФЭ 165
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Модель для исследования управляемого заряда
накопительного конденсагора силовой части АПФЭ 167
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Технические параметры двигателя постоянного
тока независимого возбуждения 4ПФМ 225 МГ 170
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Расчёт параметров силовой части
электропривода постоянного тока 172
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Модель системы управления электроприводом
постоянного тока 181
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Расчет параметров модели системы управления
электроприводом постоянного тока 183
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Модель силовой части активного
параллельного фильтра электроэнергии 190
ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Модель системы управления
активным параллельным фильтром электроэнергии 193
ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Результаты моделирования системы «электропривод постоянного тока — активный параллельный
фильтр электроэнергии» 199
ПРИЛОЖЕНИЕ 11 Акты о внедрении результатов диссертационной работы 209
Введение к работе
Ак1уальность работы На современном этапе развития отечественной промышленности, в особенности металлургической, значительное число агрегатов и технологических линий содержат регулируемые электроприводы постоянного тока (ЭП ПТ) средней и большой мощности, созданные в период с 50-х по 80-е I оды прошлого века и эксплуатируемые по настоящее время.
Между тем широкое использование ЭП постоянного тока повлекло за собой проблемы электромагнишой совместимости питающей сети и ВП электропривода. Под воздействием ВП изменяются параметры напряжения сети, характеризующие показатели качества электрической энергии, которые влияют на работоспособность других потребителей и самого ВП. Такими показателями являются отклонения напряжения, колебания напряжения (размах изменения напряжения), коэффициент несинусоидальности, которые непосредственно связаны со спецификой выпрямителя, как потребителя электроэнергии. Если первый показатель можно поддерживать на высоком уровне путем правильного проектирования и эксплуатации энергосистем, то влияние ВП на остальные - останется по-прежнему негативным. Кроме этого, ВП является потребителем реактивной мощности в функции изменения нагрузки, которая зачастую определена технологией. В результате этого коэффициент мощности ВП оказывается невысоким.
Высокий коэффициент несинусоидальности тока потребляемого ВП характеризует высокий уровень гармонических составляющих, негативное воздействие которых приводит к экономическим ущербам, обусловленным, главным образом, ухудшением энергетических показателей, снижением надежности функционирования электрических сетей и сокращением срока службы основного электрооборудования энергетических систем, снижением надёжности работы систем релейной защиты, автоматики, микропроцессорных систем и связи. В свою очередь, высокий уровень потребляемой реактивной мощности приводит к росту потерь в энергосистеме, перегрузке генераторов и т.д. Также негативны для потребителей и колебания напряжения. Эти нежелательные последствия увеличиваются с ростом единичной мощности статического преобразователя электропривода
На сегодняшний день существуют различные технические средства коррекции одного или нескольких показателей качества электроэнергии, а также связанных с ними параметров потребляемой мощности, это - пассивные силовые фильтры гармоник, компенсационные конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы, активные фильтры электроэнергии (АФЭ). В настоящее время АФЭ) - это новейшие устройства, позволяющие наиболее эффективно улучшать качество электроэнергии в распределительных сетях. Применение различных типов АФЭ обусловлено их свойствами для решения той или иной задачи, в частности, для защиты питающей сети о г негативного влияния вентильного преобразователя электропривода постоянного тока используются активные параллельные фильтры электроэнергии (АПФЭ). Они позволяют значительно снизить величину гармонических составляющих в токе вентильных преобразователей и практически полностью компенсировать потребляемую ими реактивную мощность.
Промышленно выпускаемые АПФЭ обладают достаточной эффективностью и универсальностью, вместе с тем, они имеют высокую стоимость технической реализации и сложную систему управления, построенную с применением высоко производительных микропроцессорных систем, выполняющих управление по усложненным алгоритмам, что снижает их надежность.
Таким образом, исследования, направленные на разработку высокоэффективных и надежных систем управления активными параллельными фильтрами электроэнергии, отличающихся простотой реализации и низкой стоимостью, являются актуальными.
Цель работы. Разработка системы управления активным параллельным фильтром электроэнергии, адаптированной к электроприводу постоянного тока.
Идея работы заключается в использовании каналов обратных связей системы управления электроприводом постоянного тока системой управления активного параллельного фильтра электроэнергии для определения косвенным путем электромагнитной мощности двигателя, применяемой для формирования заданного тока АПФЭ.
Задачи работы
разработка метода адаптации системы управления АПФЭ к системе управления электроприводом постоянного тока;
разработка математических моделей систем управления АПФЭ, адаптированных к электроприводам постоянного тока, работающим с однозонным и двухзонным регулированием;
исследование переходных процессов при заряде накопительного конденсатора АПФЭ;
разработка устройства предварительного заряда накопительного конденсатора АПФЭ;
исследование разработанной системы управления АПФЭ и энергетических характеристик системы «электропривод - активный параллельный фильтр электроэнергии» на математической модели;
разработка метода ориентировочной оценки мощности АПФЭ и рассмотрение области его применения.
Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались методами. теории автоматического управления, теории электропривода и электротехники, математического моделирования динамических процессов на ЭВМ с использованием численных методов решения.
Научная новизна заключается в:
разработанных математических моделях систем управления АПФЭ, адаптированных для работы с электроприводами постоянного тока с однозонным и двухзонным регулированием, отличающихся от известных использованием электромагнитной мощное i и двигагеля электропривода для формирования заданных токов АПФЭ;
исследовании переходного процесса заряда накопительного конденсатора АПФЭ, отличающемся от ранее известных наглядностью и более точным соответствием математических выкладок результатам моделирования;
разработанном устройстве предварительного заряда накопительного конденсатора АПФЭ, отличающемся наиболее оптимальным режимом заряда накопительного конденсатора.
Практическая значимость работы:
разработаны математические модели сис1ем управления АПФЭ, адаптированные к ЭП постоянного тока с однозонным и двухзонным регулированием, позволяющие создать высокоэффективные и надежные системы управления АПФЭ, реализуемые как на аналоговой, так и на цифровой элементной базе;
разработано устройство предварительного заряда накопительного конденсатора АПФЭ, практическое использование которого оптимизирует выбор элементов силовой части АПФЭ, а также обеспечивает плавный заряд накопительного конденсатора до рабочего напряжения;- разработаны математические модели, позволяющие проектировать АПФЭ, вести наладку, исследовать его работу в системе с электроприводом постоянного тока при отсутствии возможности реального экспериментирования.
Достоверность результатов подтверждается хорошей сходимостью результатов теоретических исследований с результатами математического моделирования с погрешностью менее 5%, а также математическим обоснованием разработанных моделей, сопоставимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода и электротехники.
На защиту выносятся
- метод адаптации системы управления АПФЭ к системе управления ЭГ1 постоянного тока,
математическая модель сисгемы управления активным параллельным фильтром электроэнергии, адаптированная к электроприводу постоянного тока с однозонным регулированием;
математическая модель системы управления активным параллельным фильтром электроэнергии, адаптированная к электроприводу постоянного тока с двухзонным регулированием;
математическая модель и результаты моделирования системы «Электропривод постоянного тока с одно зонным регулированием - активный параллельный фильтр электроэнергии»;
математическая модель и результаты моделирования переходного процесса заряда накопительного конденсатора активного параллельного фильтра электроэнергии;
математическая модель и результаты моделирования устройства предварительного заряда накопительного конденсатора активного параллельного фильтра электроэнергии.
Реализация работы Результаты исследований, содержащиеся в работе, внедрены в учебный процесс Липецкого государственного технического университета; использованы в ОАО «НЛМК» при проведении научно - исследовательской работы «Исследование возможностей практической реализации системы управления активным параллельным фильтром электроэнергии, адаптированной к электроприводу постоянного тока действующего электрооборудования», что подтверждено соответствующими актами внедрения.
Апробация работы Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика, энергосберегающие технологии» (Липецкий государственный технический университет Липецк 2004.); Всероссийской научно- технической конференции «Энергосбережение и энергоэффективные технологии» (Липецкий государственный технический университет. Липецк 2004.); Международной научно-технической конференции «Прогрессивные техноло- гии в машиностроении и металлургии» (Воронежская государственная технологическая академия. Воронеж 2005).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, в юм числе получен патент на изобретение
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка, и приложений Объем работы составляет 211 страниц, в юм числе 154 страниц основного текста, 64 рисунка, 6 таблиц, список литературы из 76 наименований, 11 приложений на 56 страницах.
