Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
I. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ТИРИСТОРНИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И АВТОНОМНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СОИЗМЕРИМОЙ МОЩНОСТИ 13
1.1. Общая характеристика автономных систем и вносимых тиристорними преобразователями возмущений 13
1.2. Применение специальных синхронных генераторов с многофазными и секционированными обмотками. Совершенствование методов и средств регулирования возбуждением генераторов 19
1.3. Применение рациональных многомостовых и многофазных силовых схем тиристорних преобразователей с усложненными законами управления, ограничивающими влияние
ТП на сеть 22
1.4. Применение статических компенсаторов реактивной мощности и силовых фильтров 23
1.5. Совершенствование алгоритмов и средств управления тиристорним преобразователем 26
1.6. Постановка задачи исследований
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ЗАМКНУТОЙ СТРУКТУРЕ "ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ - ЦЕПИ СИНХРОНИЗАЦИИ - СЕТЬ" 30
2.1. Общая характеристика элементов и связей замкнутой структуры, включающей тиристорний преобразователь. Постановка задачи 30
2.2. Анализ структурных схем сетей электроснабжения соизмеримой мощности. Определение передаточной функции сети, рассматриваемой как элемент замкнутой структуры "ТП-ЦС-сеть" 36
2.3. Влияние коммутационных искажений и отклонений частоты питающей сети на характеристики управления в статике
2.3.1. Влияние коммутационных искажений на статические характеристики управления ТП при различных способах выполнения цепей синхронизации 51
2.3.2. Чувствительность характеристик управления ТП к отклонениям частоты питающей сети от номинального значения 59
2.4. Субгармонические автоколебания в замкнутой структуре "ТП-ЦС-сеть" 60
2.5. Выводы по главе 2 81
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ВЛИЯНИЯ КОММУТАЦИОННЫХ
ИСКАЖЕНИЙ И ОТКЛОНЕНИЙ ЧАСТОТЫ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ СОИЗМЕРИМОЙ МОЩНОСТИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ 84
3.1. Осуществимость инвариантности систем управления. Постановка задачи 84
3.2. Управление собственной частотой фильтра 86
3.3. СИФУ с опорной пилой, инвариантные к отклонениям частоты питающей сети 90
3.4. Анализ и оптимизация контура автоподстройки амплитуды пилообразного опорного напряжения 92
3.5. Одноканальное синхронное управление тиристорным преобразователем 98
3.6. Асинхронное управление тиристорным преобразователем 104
3.7. Экстраполяция опорного синусоидального напряжения для синхронизации ТП 107
3.8. Выводы по главе 3 116
4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТРАПОЛИРУЮЩИХ ФИЛЬТРОВ В ЦЕПЯХ СИНХРОНИЗАЦИИ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 119
4.1. Постановка задачи 119
4.2. Синтез передаточной функции непрерывной части экстраполирующего фильтра 120
4.3. Преобразование структурной схемы ЭФ 128
4.4. Обоснование линейной импульсной модели ЭФ и определение ее передаточной функции 132
4.5. Анализ частотных характеристик ЭФ 140
4.6. Исследование и оптимизация динамических характеристик ЭФ 150
4.7. Принципы выделения информативных интервалов для синхронизации ЭФ 1
4.7.1. Формирование интервалов синхронизации при помощи импульсов управления тиристорним преобразователем 156
4.7.2. Выявление интервалов синхронизации ЭФ путем измерения тока, потребляемого из питающей сети 158
4.7.3. Выявление интервалов синхронизации ЭФ путем моделирования относительного значения коммутационного провала линейного напряжения 159
4.8. Особенности применения экстраполирующих фильтров в ЦС преобразователей частоты 163
4.9. Выводы по главе 4 169
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКСТРАПОЛИРУЮЩЕГО ФИЛЬТРА ЦЕПЕЙ СИНХРОНИЗАЦИИ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИНХРОННОЙ СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНО ФА30В0Г0 УПРАВЛЕНИЯ В РАБОЧИХ РЕЖИМАХ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 171
5.1. Постановка задачи 171
5.2. Описание стенда для исследования амплитудно- и фазочастотних характеристик ЭФ.
Методика проведения эксперимента 172
5.3. Описание установки для исследования много
канальной синхронной СИФУ с экстраполирующим фильтром в рабочих режимах ТП. Методика проведения эксперимента 174
5.3. Описание установки для исследования многоканальной синхронной СШ7 с экстраполирующим фильтром в рабочих режимах ТП. Методика проведения эксперимента 174
5.4. Результаты экспериментальных исследований 178
5.5. Анализ полученных результатов и выводы 190
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ 195
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 199
Приложение. Цифровое моделирование экстраполирующего фильтра 2
Введение к работе
Актуальность темы. В основных направлениях экономического и социального развития СССР на период до 1990 года, утвержденных ХХУІ съездом Коммунистической партии Советского Союза поставлена конкретная и четкая задача "... значительно увеличить производство комплектных электроприводов к прокатным станам и нефтеперекачивающим станциям, силовой полупроводниковой преобразовательной техники". При этом "... особое внимание уделить разработке и освоению выпуска электротехнического оборудования, имеющего более высокий коэффициент полезного действия, меньший удельный расход цветных металлов и других материалов ...", поднять экономичность выпускаемой техники за счет "... значительного увеличения производства оборудования и агрегатов большой единичной мощности".
Известные преимущества силовых полупроводниковых преобразователей - экономичность, долговечность, надежность, высокое быстродействие - определяют опережающие темпы их распространения по сравнению с вводимыми энергетическими мощностями. В настоящее время тиристорнне преобразователи (ТП) разрабатываются и поставляются для 120 направлений пршенения в народном хозяйстве [2] .
Более половины вырабатываемой сегодня электроэнергии преобразовывается силовыми полупроводниковыми преобразователями. Все чаще возникают условия, когда суммарная установленная мощность ТП становится соизмеримой с мощностью питающих подстанций. При этом обнаруживается целый ряд отрицательных явлений: искажение формы кривой напряжения, понижение точности поддержания его действующего значения, повышение электромагнитного излучения, неуравновешенность нагрузки, понижение коэффициента мощности, снижение срока службы изоляции, добавочные потери от высших гармоник, изменения частоты и колебания фазы синхронных генераторов, опасные вибрации электродвигателей и т.д.
Все перечисленное относится к так называемой проблеме электромагнитной совместимости (ЭМС) силовых полупроводниковых преобразователей с питающей сетью соизмеримой мощности и нагрузкой. Особую значимость данная проблема приобретает для автономных энергосистем и в частности для судовых, где ее решение затрудняется жесткими требованиями к весо-габаритным характеристикам электрооборудования и его эксплуатационной надежности в экстремальных условиях. Именно поэтому наиболее перспективным направлением обеспечения электромагнитной совместимости в автономных системах является совершенствование алгоритмов управления тиристорними преобразователями.
В соответствии с рекомендациями [з] второго межведомственного научно-технического совещания по проблемам ЭМС силовых полупроводниковых преобразователей при развитии исследований в этом направлении предлагается сосредоточить внимание на процессах генерирования и распространения искажений в энергосистемах, а также на создании устойчивых к этим искажениям систем управления преобразователями.
В результате решения поставленных задач может быть достигнуто существенное снижение металлоемкости оборудования при одновременном улучшении условий его работы. С другой стороны, оптимизация процессов управления открывает дополнительные возможности для расширения области эффективного применения преобразовательной техники.
Основы теории электромагнитной совместимости статических преобразователей с питающей сетью были заложены в фундаментальных трудах К.А.Круга, Л.Р.Неймана, И.Л.Каганова, Ю.Г.Толстова, С.Р.Глинтерника, А.В.Поссе, И.М.Чиженко, О.А.Маевского, И.В.Же-желенко, А.К.Шидловского и других ученых. Отдельные вопросы этой теории получили дальнейшее развитие в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных авторов.
Один из новых аспектов был вскрыт в работах В.П.Шипилло [36,78] , где взаимное влияние тиристорного преобразователя,сети и нагрузки было представлено в виде замкнутых структур передачи информации. Дальнейшее развитие такого подхода в работах [55,100,37] позволило проанализировать сложные ситуации взаимного влияния группы преобразователей, питающей сети и фильтро-компенсирующих устройств. Оказалось, что эффективным средством повышения устойчивости в такой автономной системе со сложной переменной структурой является предложенный автором новый тип фильтрующих цепей, осуществляющих экстраполяцию опорного синхронизирующего напряжения для управления преобразователем [82,84, ПО].
Целью диссертационной работы является исследование механизма возникновения субгармонических автоколебательных режимов в замкнутой структуре "тиристорний преобразователь - цепи синхронизации - сеть" и создание средств управления ТП, препятствующих их развитию.
Методика выполнения исследований. Поставленные в диссертации задачи решаются методами гармонического баланса, классической теории цепей, теории дискретных систем на базе модифицированного І - преобразования, применения ЭВМ.
Научная новизна положений, рассматриваемых в работе, заключается в том, что впервые исследованы условия возникновения субгармонических автоколебаний в замкнутой структуре "тиристорний преобразователь - цепи синхронизации - сеть". Разработаны методы уменьшения взаимовлияния ТП и сети средствами управления в рамках уже созданных и работающих систем. Разработан.новый тип фильтра цепей синхронизации, работающий по принципу экстраполяции неискаженного напряжения сети и являющийся кардинальным средством по улучшению ЭМС преобразователя с автономной системой соизмеримой мощности. Разработана теория экстраполирующих фильтров, на основе которой созданы методы анализа и синтеза этого класса устройств.
Практическая ценность заключается в разработке общей методики анализа периодических режимов в замкнутой структуре "тиристорний преобразователь - цепи синхронизации - сеть", позволяющей выработать дополнительные требования к цепям синхронизации ТП и предотвратить появление аномальных режимов путем коррекции частотных характеристик существующих фильтров или в результате применения нового типа фильтрующих цепей - экстраполирующего фильтра. Возможность снижения уровня неканонических гармоник средствами управления позволяет уменьшить затраты на фильтро-компенсирующее оборудование, а также увеличить надежность и ресурс автономных энергосистем. Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИИ ЛПЭО "Электросила" по новой технике (темы Н02 78105833, Т 7200 003 8ІЗЗІ), а также при выполнении опытно-конструкторских работ по договорам 2 557 и 2 555.
Результаты работы использованы:
при модификации цепей синхронизации серийных преобразователей ТВ-8 2500Д050 УХЛ 4 с целью обеспечения их электромагнитной совместимости с автономной судовой электростанцией 380 В установок ППБУ 6000/200;
при создании цепей синхронизации на основе экстраполирующих фильтров комплектных преобразователей ТВ-9 2000/660 Р-І-0М4.І для электропривода якорного комплекса и технологических механизмов ШШУ 6000/200 с электростанциями 380 В и 660 В;
при исследовании принципов построения систем управления преобразователями частоты со звеном постоянного тока для электропривода по схемам вентильного двигателя и асинхронно-вентильного каскада мощностью свыше 500 кВт;
при проектировании реверсивных преобразователей типа ТПВ-350/350-260 и нереверсивных - типа ТПВ-350-460 для систем возбузвденйя гребных электродвигателей судов ледового плавания.
Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы за период 1978-1983 г.г. составил 169,776 тыс. руб., в 1984 г. определится суммой в 23,58 тыс.руб., а в 1985 г. составит 141,48 тыс.руб.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
семинаре "Применение микроэлектроники в силовой преобразовательной технике", - Московский ордена Ленина энергетический институт (г.Москва, 1978 г.);
втором межведомственном научно-техническом совещании "Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей", - Институт термофизики и электрофизики АН ЭССР (г.Таллин, 1982 г.);
семинаре "Статические преобразователи частоты с улучшенными технико-экономическими показателями", - ВНИИ Преобразователь (г.Запорожье, 1983 г.);
ІУ всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания мощных электроэнергетических систем для судов Ледового плавания, систем электродвижения и технических средств освоения Шельфа", - НТО им.академика А.Н.Крылова (г.Ленинград, 1983 г.);
республиканском семинаре Научного Совета АН УССР "Вопросы разработки и применения тиристорних преобразователей для электропривода и импульсных устройств большой мощности" (г.Харьков, 1984 г.).
Публикации. По результатам исследований, выполненных в диссертационной работе, опубликовано 17 печатных работ, из них 10 авторских свидетельств, кроме того получено 2 положительных решения по заявкам на изобретения.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 125 страниц машинописного текста, 8 таблиц, 65 рисунков, списка литературы из 124 наименований на 14 страницах и приложения на 15 страницах.
Похожие диссертации на Автоматическое управление тиристорными преобразователями в автономных системах соизмеримой мощности
