Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Фазоповоротные устройства: основные виды и область применения. Тиристорный мост переменного тока как бесконтактный коммутатор 9
1.1. Обзор мест установки фазоповоротных устройств в ЕНЭС России 9
1.2. Базовые топологии ФПУ. Способы регулирования выходного напряжения 14
1.3. Бесконтактное переключение обмоток трансформаторов с применением тиристорного моста переменного тока 17
1.4. Полупроводниковое ФПУ с независимым возбуждением и продольно-поперечным регулированием 24
1.5. Полупроводниковое ФПУ со средней точкой сериесного трансформатора 32
1.6. Анализ режимов коммутации тиристорного моста переменного тока .42
1.6.1. Исследование процесса коммутации при смене режима работы моста из 11 в 10 43
1.6.2. Расчёт времени коммутации тока в тиристоре 49
1.6.3. Исследование процесса коммутации при смене режима работы моста из 10 в 01 51
1.6.4. Определение интервалов для надёжной коммутации тиристорного моста 53
Глава 2. Алгоритмы управления ФПУ при работе на линию с постоянным коэффициентом мощности 57
2.1. Формирование подходов к синтезу алгоритмов управления 58
2.2. Методика генерации маршрутов переключения 63
2.3. Определение оптимального маршрута переключения 73
2.4. Модель системы управления для ФПУ с независимым возбуждением 79
2.5. Синтез алгоритмов управления для ФПУ со средней точкой 84
Глава 3. Алгоритмы управления ФПУ при работе на линию с изменяющимся коэффициентом мощности 94
3.1. Анализ режимов работы ФПУ в местах предполагаемой установки .94
3.2. Синтез алгоритмов управления для ФПУ с независимым возбуждением в диапазоне углов ф от -180 до 180 99
3.3. Синтез алгоритмов управления для ФПУ со средней точкой в диапазоне углов ф от-180 до 180 110
3.4. Анализ зависимости угла ф линии от угла регулирования ФПУ 118
3.5. Синтез адаптивных алгоритмов управления для ФПУ со средней точкой 129
Глава 4. Разработка аппаратно - программного комплекса системы управления ФПУ 141
4.1. Анализ и определение структуры для технической реализации системы управления 141
4.2. Экспериментальное исследование работоспособности микроконтроллерной системы управления 147
4.2.1. Проверка работоспособности микроконтроллерной системы управления при постоянном угле 149
4.2.2. Проверка работоспособности микроконтроллерной системы управления ФПУ с учётом изменяемости угла ф на примере двухмашинной схемы электропередачи 155
Заключение 166
Литература 168
- Бесконтактное переключение обмоток трансформаторов с применением тиристорного моста переменного тока
- Модель системы управления для ФПУ с независимым возбуждением
- Синтез алгоритмов управления для ФПУ со средней точкой в диапазоне углов ф от-180 до 180
- Проверка работоспособности микроконтроллерной системы управления при постоянном угле
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в связи с развитием электроэнергетики актуальной задачей является управление режимами работы энергосистемы с целью регулирования потоков электроэнергии в сложных сетях. Решение поставленной задачи осуществимо с помощью применения технологии гибких (управляемых) систем электропередач переменного тока, (Flexible AC Transmission Systems - FACTS).
Фазоповоротное устройство (ФПУ) является одним из перспективных вариантов реализации управляемых линий электропередач. ФПУ создаёт фазовый сдвиг между напряжением первичных шин и напряжениями вторичных шин путём ввода вольтодобавочного напряжения в месте установки, что позволяет управлять потоками мощности в линиях переменного тока.
В современной мировой практике ФПУ широко применяются во многих энергосистемах, но все они построены на основе механических переключателей. Технология FACTS предусматривает создание управляемых электропередач, оснащённых элементами современной силовой электроники. Применение приборов силовой электроники в ФПУ позволит повысить надежность и срок службы высоковольтного коммутатора в составе ФПУ, многократно увеличит быстродействие, что ведёт к повышению динамической устойчивости энергетической системы путём демпфирования колебаний, возникающих во время переходных электромеханических процессов. В мире, в том числе и России, активно ведутся работы по разработке и исследованию полупроводниковых ФПУ на основе управляемых силовых ключевых приборов.
Исследованиями фазоповоротных устройств и вопросами их применения занимались такие учёные как: Александров Г.Н., Веников В.А., Гринштейн Б.П., Калюжный А.Х., Мисриханов М.Ш., Рыжов Ю.П., Ситников В.Ф., Чебан В.М., Шакарян Ю.Г., W.Seitlinger, J.Verboomen и др.
Внедрением полупроводниковых ФПУ в ЕНЭС России в настоящее время занимаются ОАО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» («ЭНИН») совместно с ОАО «Институт Энергосетьпроект» и ОАО «НТЦ Электроэнергетики». Вместе с тем полупроводниковые ФПУ на основе управляемых силовых ключей недостаточно изучены, в мире на текущий момент не введено в эксплуатацию ни одного такого устройства.
Поэтому задача исследования электромагнитных процессов в силовых схемах полупроводниковых ФПУ, анализа и разработки алгоритмов управления, является своевременной и актуальной, и требует детального рассмотрения.
Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов управления мощными многовентильными фазоповоротными устройствами.
Задачи диссертации. Поставленная цель достигается решением следующих задач:
Разработка имитационных моделей двух различных силовых схем полупроводниковых ФПУ;
Исследование электромагнитных процессов коммутации в мосте переменного тока, на основе однооперационных тиристоров;
Разработка методики синтеза алгоритмов управления полупроводниковыми ФПУ;
Разработка и исследование алгоритмов управления для двух модификаций полупроводниковых ФПУ;
Техническая реализация аппаратно-программных средств системы управления: разработка локального контроллера управления и базового программного обеспечения.
Методика исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались: теория электрических цепей, теория систем линейных уравнений, методы численного моделирования (Matlab/Simulink, PSpice), методы интерактивной отладки микропроцессорных систем управления с использованием интегрированной среды разработки для встраиваемых систем Metrowerks CodeWarrior. При проведении экспериментальных исследований использовался метод аппаратно-программного моделирования работы системы в режиме реального времени.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математического аппарата, сопоставлением основных результатов, полученных с применением различных методов математического моделирования, экспериментами по воспроизведению разработанных алгоритмов управления на макете (физической модели) системы управления и аппаратно-программном комплексе модельного времени для силовой части ФПУ и линии электропередачи.
Научная новизна:
Разработаны имитационные модели полупроводниковых ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой (зависимым возбуждением), включая систему управления.
Предложен новый подход к синтезу алгоритмов управления полупроводниковыми ФПУ, основанный на использовании всех теоретически возможных состояниях ФПУ. Разработана методика автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей для различных модификаций полупроводниковых ФПУ с ключами на однооперационных тиристорах.
Разработаны алгоритмы управления ФПУ с динамической сменой таблиц переключения вентилей, учитывающие полный диапазон возможных значений фазового сдвига между током и напряжением в линии (ф) от -180 до 180 эл. град.
Разработан адаптивный алгоритм управления ФПУ со средней точкой, позволяющий минимизировать возмущающее воздействие ФПУ на энергосистему в процессе выхода из области частичной управляемости.
Практическая полезность:
1. Предложен алгоритм реализации полной управляемости ФПУ во
всем диапазоне значений углов фазового сдвига между током и напряжением
линии (-180 ... 180 эл. град.) на основе синтезированных матриц
переключения вентилей для схемы ФПУ с независимым возбуждением.
Разработана адаптивная система управления ФПУ со средней точкой с реализацией прогнозирования зависимости ф(а) (а - угол регулирования ФПУ) на основе алгоритма наблюдателя. Синтезированы матрицы переключений вентилей для ФПУ со средней точкой.
Предложены структуры и аппаратные средства системы управления ФПУ. Разработано и отлажено программное обеспечение локального контроллера управления для реализации адаптивного алгоритма управления ФПУ со средней точкой.
Внедрение результатов работы. Разработанные алгоритмы управления лежат в основе системы управления фазоповоротным устройством, реализуемым в рамках договора между ОАО «ЭНИН» и ОАО «ФСК ЕЭС» по созданию опытно промышленного образца ФПУ для выбранного объекта ЕНЭС.
Основные положения, выносимые на защиту:
Анализ электромагнитных процессов коммутации в тиристорном мосте переменного тока.
Имитационные модели полупроводниковых ФПУ с независимым возбуждением и ФПУ со средней точкой (зависимым возбуждением), включая систему управления.
Методика автоматизированной генерации алгоритмов переключения вентилей для полупроводниковых ФПУ с ключами на однооперационных тиристорах.
4. Результаты исследования синтезированных алгоритмов
переключения вентилей для двух схем полупроводниковых ФПУ.
5. Алгоритмы управления ФПУ с динамической сменой таблиц
переключения вентилей. Алгоритм адаптивного управления для ФПУ со
средней точкой.
6. Результаты экспериментальной проверки разработанных адаптивных
алгоритмов на примере двухмашинной расчётной схемы с установкой в ней
ФПУ со средней точкой.
Апробация полученных результатов: Основные результаты работы докладывались на заседании кафедры «Промышленная электроника» Московского энергетического института (Технического университета); XVI, XVII международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (ГОУВПО МЭИ(ТУ), г. Москва, 2010г., 2011г.); на VII Межрегиональной научно-технической конференции «Информационные технологии, энергетика и экономика» (СФ МЭИ, г. Смоленск, 9 апреля -2010г.).
Публикации. Основные результаты диссертации освещены в 6 научных работах, из них одна в издании, рекомендованной ВАК РФ.
Структура и объём работы: диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложения и списка используемой литературы. Общий объём диссертации (без приложений) составляет 162 страницы машинописного текста, 69 иллюстраций и 17 таблиц. Список используемой литературы изложен на 9 страницах и содержит 82 наименований.
Бесконтактное переключение обмоток трансформаторов с применением тиристорного моста переменного тока
ФПУ с прямым подключением регулировочной обмотки к линии электропередачи проще конструктивно за счёт исполнения на одном трансформаторе и поэтому по стоимости ниже, чем ФПУ с непрямым подключением регулировочной обмотки. Однако переключатель отпаек трансформатора и регулирующие обмотки не защищены от перенапряжений и сверхтоков в аварийных режимах линии; что снижает надёжность их применения.
Техническая реализация ФПУ с поперечным регулированием вектора вольтодобавочного напряжения проще и соответственно дешевле, чем ФПУ с симметричным регулированием, из-за облегчённости конструкции сериесного трансформатора. При поперечном способе регулирования модуль вектора выходного напряжения растёт вместе с увеличением угла регулирования, поэтому при больших углах регулирования поперечный способ приводит к недопустимым повышениям напряжения. Это ограничивает область применения таких ФПУ для диапазона углов регулирования не превышающих 20 эл. град. При симметричном регулировании модуль выходного напряжения на холостом ходу равен модулю входного напряжения при любом изменении угла регулирования. Поэтому этот способ регулирования позволяет расширить диапазон углов регулирования.
Исходя из вышеперечисленных достоинств и недостатков каждой из топологий ФПУ, в мировой практике наибольшую популярность и распространение получила модификация ФПУ с непрямым подключением регулировочной обмотки и симметричным способом регулирования вольтодобавочного напряжения (рисунок 1.2 г) [81].
Во всех существующих ФПУ переключение отпаек трансформатора выполняется с помощью механических контакторных переключательных устройств регулирования под нагрузкой (РПН). Эти ФПУ на основе трансформаторов с устройствами РПН, так называемые фазоповоротные трансформаторы (ФПТ) или в иностранной терминологии PST (phase shifting transformer), широко применяются в электрических сетях Западной Европы, США и Канады [58, 71, 78, 80].
Основные недостатки, присущие контакторным переключателям РПН, связаны с проблемами дугогашения. Прерывание тока в контакторном переключателе сопровождается возникновением дуги, что приводит-к износу и эрозии контактов. Дуга, возникающая при прерывании тока, загрязняет масло, что делает необходимым регулярные проверки его качества и соответствующую замену. Кроме того, на устройстве РПН должны быть установлены специальные механизмы, предотвращающие нежелательные последствия в случае повреждения приводного вала. В тоже время в связи с развитием силовой электроники разработаны силовые полупроводниковые приборы на большие токи и напряжения, применение которых позволяет бесконтактным способом осуществлять переключение обмоток трансформатора, а также полностью избавиться от недостатков присущих контакторным переключателям РПН. Использование их позволяет значительно увеличить быстродействие работы ФПУ, в результате этого расширяются его возможности в области повышения устойчивости системы путём демпфирования колебаний, возникающих при переходных электромеханических процессах.
Переход от механических переключателей к силовым полупроводниковым приборам - это стремление к качественному совершенствованию[6, 9, 39, 56, 72]. За рубежом активно применяют ФПУ на основе РПН [77], самое прогрессивное решение на сегодняшний день - это гибридный вариант: частично переключение организовано на механических переключателях, частично на полупроводниковых приборах [74]. При этом существуют проекты и идеи полного перехода на полупроводниковые приборы, но на сегодняшний день не реализовано ни одного полупроводникового ФПУ.
В ОАО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» («ЭНИН») в лаборатории преобразовательной техники им. К.А. Круга начиная с 2004 г. проводились исследования по анализу и разработке различных схемотехнических решений полупроводниковых ФПУ на основе тиристоров. Исследовались различные модификации ФПУ с непрямым подключением регулировочной обмотки, то есть на основе двух трансформаторов: сериесного и шунтового, где управление вольтодобавочным напряжением осуществлялось за счёт переключения вторичных обмоток шунтового трансформатора.
Во всех разработанных модификациях ФПУ в качестве бесконтактного переключателя обмоток шунтового трансформатора выбран тиристорный мост, в каждом плече которого включен двунаправленный тиристорный ключ. Двунаправленный тиристорный ключ состоит из последовательно включенных пар встречно-параллельно соединенных тиристоров [45]. Количество последовательно соединенных пар тиристоров зависит от максимального напряжения, прикладываемого к тиристорному ключу, а также дополнительно вводится резерв, состоящий из двух пар тиристоров, чтобы сохранить работоспособность тиристорного ключа при пробое в нём 1 или 2-х пар тиристоров.
В статическом режиме работы ФПУ, т.е. при неизменном установленном фазовом угле, тиристоры в мостах работают в качестве переключателей переменного тока [48]. Включение и выключение тиристоров в работающем двунаправленном тиристорном ключе происходит один раз на половине периода сети при переходе тока через ноль, вследствие чего динамические потери малы [21].
Всего возможно 3 режима работы тиристорных мостов: режим 11 — обнуление выходных напряжений мостов ФПУ (мост опрокинут по левому плечу); режим 01 - сложение напряжения вторичной обмотки шунтового трансформатора с напряжением фазы линии; режим 10 - вычитание напряжения вторичной обмотки шунтового трансформатора из соответствующего напряжения линии. На рисунке 1.4 представлены режимы работы мостов, на примере коммутации одной из вторичных обмоток шунтового трансформаторы фазы В (bl-yl). На закрашенные тиристорные ключи поданы импульсы управления, и они находятся в проводящем состоянии.
Модель системы управления для ФПУ с независимым возбуждением
Входные сигналы системы управления делятся на задающие воздействия и аналоговые сигналы токов и напряжений ФПУ. Задаются начальный угол регулирования, конечный угол и осуществляется выбор режима переключения: с учётом ограничений по выходному напряжению или без учёта.
Алгоритм работы системы управления следующий. По значениям выходного напряжения фазы ФПУ и выходного тока определяется косинус угла нагрузки. Зная coscp, который определяет зональное распределение, и режим оптимального переключения, выбирается одна из таблиц с оптимальными маршрутами, аналогичная таблице 2.8. Определив порядковый номер перехода, согласно заданному начальному и конечному положению угла регулирования, выбирается из таблицы маршрут. В выбранном маршруте указано количество этапов и номера состояний ФПУ соответствующие каждому этапу.
Используя аналоговые сигналы входных напряжений и выходного тока фазы А ФПУ, находятся 24 возможных интервала для переключения с учётом ограничений на время восстановления тиристором управляющих свойств. Для каждой смены состояния ФПУ согласно выбранному маршруту, определяется какой тип интервала необходим на каждом этапе этого переключения, т.е. указывается комбинация интервала - ВСА_ххх , и тем самым выбирается из 24 интервалов переключения нужный. Смена состояний мостов осуществляется следующим образом: вначале первые 5 периодов сети ФПУ работает в начальном положении, после этого происходит первое переключение согласно найденному интервалу ВСА_ххх, далее с шагом 3 периода сети осуществляются последующие переключения, причём для каждого этапа переключения находится свой интервал для переключения ВСА_ххх. Это всё реализуется в блоке системы управления «Нахождение интервала для каждого этапа переключения», модель которого представлена на рисунке 2.10.
Заключительный блок модели системы управления преобразует состояния мостов соответственно в импульсы управления для каждого тиристора.
В результате проделанного моделирования все переходы были успешно совершены. На рисунке 2.11 в качестве примера показаны получившиеся временные диаграммы при смене угла регулирования из -10 в -40 для угла нагрузки cos(p=0.94 в четырёх ситуациях: второй принцип — 1 стратегия, второй принцип — 2 стратегия, второй принцип - 3 стратегия, первый принцип. На рисунке 2.12 в полярных координатах также представлены маршруты переключения для этих четырёх случаев.
В первом и четвёртом случаях переходы получился двухэтапным и отклонения в величине выходного напряжения составили 15% и 23% от номинального значения. Во втором и третьем случае переходы оказался трёхэтапными, отклонения находятся в 10% диапазоне от номинального значения.
Рассмотрены все возможные смены угла регулирования с применением второго подхода формирования алгоритмов управления при каждом распределении (для двух крайних углов нагрузки cosg -0.94-0.99) и с разными стратегиями оптимального переключения. В результате все переходы прошли успешно, нигде не образовалось контуров короткого замыкания. Таким образом, синтезированные алгоритмы управления переключения прошли проверку на математической модели в динамическом режиме работы ФПУ с независимым возбуждением. Методика генерации алгоритмов управления была разработана для схемы ФПУ с независимым возбуждением. Вместе с тем предполагается её использовать и для других возможных схем ФПУ. Поэтому при разработке алгоритмов управления для схемы ФПУ со средней точкой предложено было её воспользоваться с незначительными изменениями, учитывая при этом особенности данной модификации ФПУ.
ФПУ со средней точкой использует зависимое возбуждение, и рассматривать по отдельности работу одной из фазы, как это было сделано для схемы ФПУ с независимым возбуждением, неприемлемо. Поэтому проводить дальнейший анализ для построения алгоритмов управления следует для трёхфазной системы.
Ещё одним существенным отличием в плане управления от предыдущей модификации ФПУ является то, что в любой группе последовательно соединённых тиристорных мостов подводятся синфазные напряжения к мостам. Это значительно упрощает поиск интервалов необходимых для коммутации тиристорных мостов. В этом случае не требуется искать пересечение различных интервалов, а достаточно использовать только один из типов возможных интервалов с кодовым соотношением между током и напряжением 2 или 3. В этом варианте схемы ФПУ для определения кодового соотношения между током и напряжением берётся напряжение соответствующей фазы шунтового трансформатора и ток, протекающей через тиристорные мосты соответствующей группы. Таким образом, для того чтобы переключить состояния мостов группы фазы А, достаточно определить интервалы А_2 или А_3, для мостов группы фазы В - интервалы В_2 или В_3, для мостов группы фазы С - интервалы С_2 или С_3.
Синтез алгоритмов управления для ФПУ со средней точкой в диапазоне углов ф от-180 до 180
Проблема синтеза алгоритмов для схемы ФПУ1 в полном диапазоне углов линии ф заключается в том, что последовательность коммутации мостов при переходе от угла регулирования al к углу регулирования а2 не может быть определена однозначно и зависит от текущего значения угла ф. Причина тому - изменение распределения наличия интервалов переключения для каждого конкретного угла регулирования а при разных углах.
В процессе синтеза алгоритмов целесообразно разбить полный диапазон значений углов ф на области с одинаковым распределением наличия интервалов и сгенерировать для них алгоритмы управления. Для надёжного переключения эти области должны быть организованы с некоторым перекрытием, учитывая возможность отклонения измеренного угла ф от его реального значения, связанную с технологической точностью датчиков, а также возможное изменение угла ф в процессе многоэтапного перехода. Увеличение размеров области с одинаковыми интервалами способствует ухудшению распределения наличия интервалов и может приводить к созданию такого распределения, при котором нельзя будет сгенерировать все возможные алгоритмы переключения. В этом случае ФПУ станет не полностью управляемым. Снижение размеров областей приводит к сужению диапазона перекрытия, что повышает требования к точности измерения угла ф. Также снижается порог работоспособности системы управления при осуществлении многоэтапных переходов в условиях высокой динамики переходных процессов в линии электропередачи. Поэтому актуальными задачами становятся поиск эффективного деления полного диапазона значений углов ф на области с однотипным распределением интервалов и создание алгоритмов управления для каждой из этих областей. В схеме ФПУ1 поворот каждой фазы осуществляется независимо от двух других. При этом через группу последовательно соединённых тиристорных мостов, выполняющих воздействие на одну из фаз выходного напряжения ФПУ, проходит выходной ток ФПУ этой же фазы. Подводимые к мостам напряжения определяются трансформируемым входным напряжением ФПУ. Положение вектора выходного тока относительно тройки векторов входного напряжения и определяет наличие или отсутствие интервалов, требуемых для переключения мостов.
На рисунке 3.2 показана векторная диаграмма токов и напряжений для фазы А ФПУ1. Из диаграммы следует, что при идеальном рассмотрении, которое не учитывает влияние параметров реального трансформатора, фазовый сдвиг между вектором LA\U и вектором входного напряжения этой же фазы UA равен а -ср. Дополнительный фазовый сдвиг вносит учет индуктивности рассеяния реальных трансформаторов ФПУ - срФПУ, который в общем случае зависит от угла регулирования а. Отсюда следует, что на существование всех возможных интервалов переключения мостов ФПУ влияет значение разности а- р- (рФПУ.
Поиск наличия интервалов переключения для ФПУ1 необходимо проделать для каждой возможной пары значений углов ср и а. То есть следует определить состояние 6 интервалов тройных пересечений: ВСА323, ВСА_322, ВСА_233, ВСА_232, ВСА_332, ВСА_223, введённых в параграфе 2.2, на наличие (обозначение 1) или отсутствие (обозначение 0). Знание двоичных комбинаций этих интервалов позволит синтезировать алгоритмы переключения мостов ФПУ1, используя методику, разработанную в главе 2. Для реализации поставленной задачи предлагается задаться углом ср и для каждого из 9 рабочих значений угла регулирования а найти состояние 6 обозначенных интервалов. Далее, меняя значение угла ср с некоторым шагом в полном диапазоне от -180 до 180, снова проделать ту же самую операцию.
Очень важно определить размер шага, поскольку полученные значения срп (п - номер шага разбиения) в дальнейшем будут являться границами областей. Вводимые области нужны для того, чтобы каждое измеренное в процессе работы системы управления значение угла (р отнести к какой-либо из них, и тем самым выбрать алгоритм переключения мостов для смены состояния ФПУ1. При этом у каждой области будет свой набор сочетаний наличия 6 интервалов, и как следствие, отличающиеся алгоритмы переключения.
Однако у любого датчика существует погрешность измерения, поэтому система управления будет определять угол (р с некоторой технологической погрешностью. Следовательно, для обеспечения надёжного переключения ФПУ необходимо разбить полный диапазон углов ср на области с перекрытием, а в алгоритмы управления ввести функцию гистерезиса, при которой текущая принадлежность угла ср к какой-либо области будет определяться с учетом его предыдущего значения.
На рисунке 3.3 показано деление на 3 области А, В, С и их перекрытия. Минимальная область, учитывающая перекрытия, включает в себя 3 дискретных значения: (pn_v(pn, (plM, где её границами соответственно являются (рп_х и рп+1. Обозначим её как область А. Две соседние области получаются со следующими границами: область В - (рп_г и рп, область С - рп и (рп+2. Перекрытие областей А и В происходит в диапазоне углов рп_х и рп, а областей А и С - в диапазоне между углами срп и (рп+1, глубина гистерезиса получается равной размеру шага. Текущая принадлежность угла ф к какой-либо из областей зависит от того, к центру какой области он ближе. Если получается ситуация, что это значение равноудалено от двух центров, то принадлежность определяется по предыдущему значению угла ф.
Для разъяснения алгоритма принятия решения о принадлежности углов pv(p2,q 2,(pA к областям А, В, С рассматриваются две ситуации осуществления переходов из угла регулирования ах в аг (рисунок 3.3 а) и из а2 в а3 (рисунок 3.3 б). При переходе из ах в а2 начальный угол рх принадлежит области А, поскольку он был ближе к центру этой области. После первого этапа переключения датчик показал угол (р2, который равноудален от областей А и В, алгоритм определит принадлежность этого угла к области А, потому что начальный угол рх принадлежал области А. После второго этапа переключения датчик показал угол (р3, который ближе к центру области В, но принадлежать он будет опять к области А, потому что начальный угол рх принадлежит области А, и нельзя менять алгоритм переключения в ходе выполнения алгоритма переключения мостов ФПУ.
Проверка работоспособности микроконтроллерной системы управления при постоянном угле
Первоначальная постановка эксперимента выглядит следующим образом: проверить все возможные переключения ФПУ при некотором постоянном угле ср. В качестве модели силовой схемы была выбрана следующая структура: трёхфазный источник напряжения - ФПУ - нагрузка. Микроконтроллерная система управления производит автоматический поиск необходимых интервалов переключения. При изменении задания угла регулирования определяет количество переходов и в нужные моменты времени осуществляет смену импульсов управления тиристорными ключами. При этом при попадании угла ф в зону полной управляемости проверяется исполнения полного объёма переключений, а в зоне частичной управляемости, те переключения, которые доступны.
На рисунке 4.5 показаны одноэтапные переходы при угле ф=30 для переключения из 0 в 7 ступень регулирования (рисунок 4.5 а) и из 12 в -7 ступень регулирования (рисунок 4.5 б). На первых трёх временных диаграмм показаны напряжения на входе и выходе ФПУ в трёх фазах. На следующих трёх показаны интервалы для трёх фаз, когда напряжение, подводимое к мосту, и ток в мосте имеют одинаковые знаки (1) и разные знаки(О). На последней временной диаграмме показаны моменты переключения состояния мостов для трёх групп.
На рисунке 4.5 а при смене из 0 в 7 ступень регулирования необходимо производить переключение на интервале типа 2, что соответствует единичному состоянию сигнала на 4, 5, 6 временных диаграммах с введёнными ограничениями (показано жёлтым цветом отступ от начала интервала и конца). В момент времени tl происходит переключение мостов фазы А, в момент t2 происходит переключение мостов фазы С, в момент t3 -мостов фазы В. Время переключения составило меньше половины периода сетевой частоты.
На рисунке 4.5 б при смене из 12 в -7 ступень регулирования необходимо производить переключение на интервале типа 3, что соответствует нулевому состоянию сигнала на 4, 5, 6 временных диаграммах. На этом интервале нет ограничений, поэтому переключение производится сразу, как только микроконтроллер обнаруживает нулевое значение. В момент времени tl происходит одновременное переключение мостов фазы А и С, в момент t2 происходит переключение мостов фазы В. Время переключения составило меньше четверти периода сетевой частоты.
Переход из -104 в -4 ступень регулирования осуществляется через промежуточную ступень регулирования -14. Поэтому в начале система управления производит переключение на интервале типа З . В момент времени tl происходит одновременное переключение мостов фазы А и С, в момент t2 происходит переключение мостов фазы В. После того, как первый этап закончился, микроконтроллер сразу начинает поиск интервалов типа 2 для перехода из промежуточного состояния в конечное состояние. Начало этого перехода начинается в момент времени t3 и происходит переключение мостов фазы А. Вмомент времени t4 происходит переключение мостов фазы-С, в момент t5 - мостов фазы В. Общее время переключения составило меньше половины периода сетевой частоты.
Переход из 11 в 4 ступень регулирования осуществляется через промежуточную ступень регулирования 15. На первом этапе система управления производит переключение на интервале типа 2: в момент времени tl происходит переключение мостов фазы А, в момент t2 происходит переключение мостов фазы С, в момент t3 происходит переключение мостов фазы В. После того, как первый этап закончился, микроконтроллер сразу начинает поиск интервалов типа 3 для перехода из 15 в 4 ступень регулирования. Начало второго перехода начинается в момент времени t3, что совпадает с концом первого перехода и происходит одновременное переключение мостов фазы А и С. В момент времени t4 происходит переключение мостов фазы фазы В. Общее время переключения составило меньше половины периода сетевой частоты.
Угол ф=30 находится в области полной управляемости, и все переключения были успешно совершены. Также необходимо было проверить возможные переключения при значениях угла ф, оказавшихся в зоне частичной управляемости. В качестве примера рассмотрим угол ф=70, который находится в области, где отсутствуют интервалы типа 2 и возможны переходы, представленные в левой половине таблицы 3.2.
На рис.4.7 показаны временные диаграммы переключения из -3 в -11 ступень регулирования. Для этого переключения необходим интервал типа 3, нулевое значение сигнала на 4,5,6 временной диаграмме. При угле ф=70 существует интервал, когда возможно одновременное переключение всех трёх фаз, в данном случае это происходит в момент времени tl. Это получается самое быстродействующее переключение. Однако при этом пропадает интервал типа 2 за счёт введённых ограничений (закрашенная жёлтым цветом область) и микроконтроллер не выполняет ту часть переключений, которым требуется наличие этого интервала.
