Автореферат (Повышение управляемости фазоповоротных устройств с тиристорными коммутаторами)

На правах рукописиФЕДОРОВА МАРИЯ ИГОРЕВНАПОВЫШЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОСТИ ФАЗОПОВОРОТНЫХУСТРОЙСТВ С ТИРИСТОРНЫМИ КОММУТАТОРАМИСпециальность 05.09.12 – Силовая электроникаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20162Работа выполнена на кафедре промышленной электроникифедерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»НаучныйРемизевич Татьяна Вячеславовнаруководитель: кандидат технических наук, доцент,доцент кафедры промышленной электроникиФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»Официальные Харитонов Сергей Александровичоппоненты:доктор технических наук, профессор, профессор кафедры«Электроника и Электротехника», директор Институтасиловой электроники ФГБОУ ВО «НовосибирскийГосударственный Технический Университет»Лоскутов Антон АлексеевичКандидаттехническихнаук,доценткафедры«Электроэнергетика,электроснабжениеисиловаяэлектроника» ФГБОУ ВО «Нижегородский государственныйтехнический университет им.

Р.Е. Алексеева»ВедущаяАО «НТЦ ФСК ЕЭС», г. Москваорганизация:Защита диссертации состоится «22» декабря 2016 г. в 14 часов 00 мин. назаседании диссертационного совета Д 212.157.12 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 13, корпус Е, ауд. Е-503.Отзывы (в двух экземплярах, с подписями и заверенные печатью организации)просим направлять по адресу:111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет ФГБОУ ВО«НИУ «МЭИ»С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» ина сайте [URL: http:\\www.mpei.ru]Автореферат разоcлан «_____» ___________ 2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.157.12к.т.н., доцентРемизевич Т.В.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.

Работа посвящена актуальной задачеэлектроэнергетики – управлению режимами работы энергосистемы с цельюрегулирования потоков электроэнергии в сложных сетях. Для ее решенияактивно развиваются технологии управляемых систем электропередачпеременного тока FACTS.Фазоповоротные устройства (ФПУ) являются одним из эффективныхустройств управления режимами работы воздушных линий электропередачи(ВЛ) особенно в тех случаях, когда энергосистема имеет большое числопараллельных линий, включенных между двумя узлами. Фазоповоротноеустройство создает дополнительную регулируемую продольную вольтодобавку(как по модулю, так и по фазе) в линии электропередачи, где установлено ФПУ.Управление режимами работы линии электропередачи с помощью ФПУоказывает существенное влияние как на режимы работы параллельных линийэлектропередачи, так и на энергосистему в целом.За рубежом широко применяются фазоповоротные трансформаторы (ФПТ)с устройствами регулирования под нагрузкой (РПН), имеющие низкоебыстродействие и надежность.

При высоком быстродействии ФПУ его можноиспользовать для управления энергосистемой в динамических режимах работыи повышения ее устойчивости. Применение тиристорного коммутатора в ФПУпринципиально позволяет обеспечить его высокую управляемость и высокоебыстродействие. Однако реализация этих преимуществ требует детальногоанализа сложных электромагнитных процессов как в самой схеме ФПУ, так и влинии электропередачи, где оно установлено. Отсутствие на сегодняшний деньразработанных подходов к проектированию ФПУ с ТК и их цифровых системуправления сдерживает процесс их практического внедрения.

Как показываютисследования, на электромагнитные процессы существенно влияет также испособ управления тиристорным коммутатором. Поэтому исследование путейповышения управляемости и быстродействия ФПУ с ТК является актуальнойнаучно-технической задачей для разработки отечественных полупроводниковыхустройств силовой электроники для управления режимами работы FACTS.Степень разработанности темы исследования. Вопросам примененияФПТ и ФПУ посвящено множество работ ученых России и зарубежья, таких как:Веников В.А.,Шакарян Ю.Г.,Гринштейн Б.И.,Александров Г.Н.,Калюжный А.Х., Рыжов Ю.П., Ситников В.Ф., Чебан В.М., Seitlinger W.,Verboomen J. и др.В настоящее время вопросы управления ТК ФПУ активно исследуются вОАО «ЭНИН», на каф. Промышленной электроники «НИУ «МЭИ» подруководством Панфилова Д.И. Этим вопросам посвящены диссертационныеработы Рашитова П.А.

и Новикова М.А. При известных алгоритмах управленияТК основной нерешенной проблемой является ограниченная управляемость ТК,связанная с зависимостью процессов переключения ТК от режима работы линииэлектропередачи. Устранение этих ограничений приводит к усложнению4алгоритмов управления ТК, потере быстродействия ФПУ и снижению егоуправляемости.Целью диcсертационной работы является повышение управляемости ибыстродействия переключения тиристорного коммутатора фазоповоротногоустройства в любых режимах работы энергосистемы.Задачи диссертации:1. Разработка нового способа и алгоритма управления ТК ФПУ,обеспечивающегополнуюуправляемостьипредельновысокоебыстродействие.2.

Анализ и исследование режимов работы ФПУ при реализации нового способа.3. Разработка аналитических моделей для описания процессов и режимов работыФПУ при управлении ТК.4. Верификация аналитических моделей на имитационной модели ФПУ приреализации предложенного способа управления ТК.5. Валидация аналитических моделей на экспериментальном образце ФПУ.6. Исследование влияния особенностей работы ТК на процессы в ФПУ и ВЛ.7.

Разработка методики расчета показателей надежности ТК ФПУ, учитывающейтопологию коммутатора.8. Разработка методики выбора количества тиристорных ключей в ТК на основепоказателей надежности.Научная новизна:1. Предложен новый способ управления ТК ФПУ (патент на изобретение2577190 РФ от 11 февраля 2016 г.).2. Способ обеспечивает полную управляемость ФПУ при любых режимахработы ВЛ.3.

Способ обеспечивает быстродействие ФПУ в пределах периода работысетевого напряжения.4. Разработаны аналитические модели ФПУ с ТК для исследования режимовработы ФПУ и ВЛ при реализации предложенного способа управления.Практическая значимость работы:1. Разработана система управления ФПУ, реализующая предложенный способуправления ТК (патент на полезную модель 154310 РФ от 23 июля 2015 г.),обеспечивающий полную управляемость ФПУ.2. Исследованы специфические режимы работы ФПУ и ВЛ, связанные среализацией предложенного способа управления ТК. Определеныдополнительные требования к ТК, влияющие на обеспечение требуемойнадежности его работы.3. Предложена имитационная модель системы управления для модельныхисследований ФПУ при реализации предложенного способа управления.4. Разработана методика расчета показателей надежности и определенияколичества тиристорных ключей в ТК.5.

Предложенный способ управления ТК в системе управления ФПУ внедрен подоговору с Минобрнауки России № 14.579.21.0045 от 26.08.2014 г.5Объектом исследования является ФПУ с ТК. Предмет исследования –способ повышения управляемости ФПУ с ТК.Методы исследований. Для решения поставленных в работе задачиспользовались: теория электрических цепей, теория систем линейныхуравнений, теория надежности, численные методы решения систем линейныхуравнений, методы имитационного моделирования в программном пакетеMatlab&Simulink, экспериментальные исследования на физической модели.Основные положения, выносимые на защиту:1.

Способ управления ТК ФПУ (патент на изобретение 2577190 РФ) и системауправления для его реализации (патент на полезную модель 154310 РФ).2. Аналитическая модель ФПУ с ТК для исследования процессов при управлениикоммутатором по предложенному способу.3. Методика расчета показателей надежности ТК ФПУ, учитывающая топологиюкоммутатора.4. Методика выбора количества тиристорных ключей в ТК при реализациипредложенного способа управления на основе показателей надежности.5. Реализация полной управляемости ФПУ при любых режимах работы ВЛ засчет применения предложенного способа управления ТК.Достоверность полученных результатов подтверждается корректнымиспользованием математического аппарата, а также совпадением в пределахпогрешности измерения основных результатов, полученных на основематематического и имитационного моделирования, с результатами натурногоэксперимента на физическом макете ФПУ с ТК.Внедрение результатов работы:Разработанные алгоритмы управления тиристорным коммутатором ФПУлежат в основе прикладного программного обеспечения системы управленияэкспериментального образца автоматизированного узла регулированиятранспортных потоков мощности на базе ФПУ, разрабатываемого иизготавливаемого ОАО «ЭНИН» в рамках Федеральной целевой программы«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» на основанииСоглашения ОАО «ЭНИН» и Минобрнауки России № 14.579.21.0045 от26.08.2014 г.