Автореферат (Повышение управляемости фазоповоротных устройств с тиристорными коммутаторами), страница 2

«Разработка автоматизированного узла регулированиятранспортных потоков мощности в интеллектуальной распределительнойэлектрической сети (RFMEFI57914X0045)».Апробация полученных результатов. Основные результаты работыдокладывались на заседаниях и научно-технических семинарах кафедры«Промышленная электроника» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»; XIX, XX и XXIМеждународных научно-технических конференциях студентов и аспирантов«Радиотехника, электроника и энергетика», г. Москва, 2013 – 2015 гг.;Международной научно-практической конференции «Глобализация науки:проблемы и перспективы», г. Уфа, 2014 г.; VI международной научнопрактической конференции «Современные концепции научных исследований»,6г.

Москва, 2014 г.; конференции «Энергетическая безопасность Союзногогосударства», Белорусский национальный технический университет, г. Минск,6 – 11 октября 2014 г.; конференции «Динамика нелинейных дискретныхэлектротехнических и электронных систем» (ДНДС-2015), г.

Чебоксары 2015 г.Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 14 печатныхтрудах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ (3 статьис переводом в журналах, входящих в международные системы цитирования), 1статья в сборнике трудов, индексируемом в РИНЦ, 7 тезисов конференций и 2объекта интеллектуальной собственности (1 патент на изобретение и 1 патент наполезную модель).Личный вклад автора состоял в разработке нового способа и алгоритмауправления ТК, разработке аналитических моделей, планировании, проведениии интерпретации экспериментальных исследований, участии в обсуждении ианализе полученных результатов, проектировании аппаратных узлов инаписании фрагментов программного кода системы управления ТК ФПУ, атакже в написании научных публикаций по результатам работы и апробации еерезультатов.Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 215 страницах,имеет 90 иллюстраций, включает титульный лист, оглавление, введение,4 основных главы результатов работы, заключение, список литературы(90 позиций) и 2 приложения на 42 страницах.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, отмечен вкладотечественных и зарубежных ученых по теме диссертации, сформулированацель и поставлены задачи диссертационной работы, раскрыта научная новизна ипрактическая ценность работы, перечислены методы исследования и положения,выносимые на защиту, а также приведена структура диссертационной работы.В первой главе рассмотрена задача управления ТК, связанная спереключением тиристоров в плечах мостов, при наличии в мостах источниковсинусоидального напряжения, фаза которых сдвинута относительносинусоидального тока, протекающего через мосты (рисунок 1 а и 1 б).

Известныйспособ управления ТК предполагает переключение плеч тиристорных мостов наразрешенных временных интервалах периода питающей сети, зависящих отсдвига фаз между напряжением и током тиристорного моста (рисунок 1 б). Приэтом при определенных фазовых соотношениях между напряжением и токомразрешенные интервалы могут пропадать, что приводит к ограничению вуправляемости ФПУ.В работе предложен новый способ переключения плеч тиристорных мостов,использующий введение временной задержки на переключение необходимыхплеч мостов в момент спада тока в мосте к нулю. Это обеспечивает введениепаузы в кривой тока тиристорных мостов на время восстановления запирающихсвойств тиристоров ( − на рисунок 1 в) и последующее надежное включение7необходимых плеч тиристорных мостов. Предложенный способ принципиальноотличается от известных наличием паузы тока в переключаемых фазахтиристорного коммутатора.

Как будет показано в диссертации, введениекратковременной паузы тока в переключаемой фазе ТК в схеме ФПУ ссимметричным регулированием не приводит к появлению кратковременнойпаузы тока в ВЛ. Предложенный способ управления ТК позволяет снятьограничения на управляемость ФПУ и обеспечить его повышенноебыстродействие, сравнимое с периодом питающей сети.Реализация управления ФПУ на основе предложенного способа приводит ксущественному изменению электромагнитных процессов в схеме ФПУ и ВЛ наинтервалах переключения ТК.

Обеспечение надежной работы ФПУ при егоуправлении потребовало детального анализа процессов в его силовой схеме исистеме управления.Рисунок 1. Фрагмент одной фазы ТК ФПУ: а) – два тиристорных моста,б) – упрощенные временные диаграммы тока и напряжения при применениисуществующего способа управления ТК, в) – упрощенные временные диаграммытока и напряжения при применении нового способа управления ТКНа рисунке 2 а представлена рассматриваемая схема ФПУ с ТК Нарисунке 2 б приведены векторные диаграммы в нормальном симметричномрежиме работы для рассматриваемого ФПУ.В первой главе проводится детальный анализ предложенного способауправления ФПУ и алгоритма управления ТК. Представлены режимы работысиловой схемы ФПУ на интервалах переключения фаз ТК.

Ставятся задачиразработки аналитических и имитационных моделей ФПУ с системойуправления. Определены основные задачи диссертации и этапы проведенияисследований. Приведены результаты моделирования режимов работы ФПУ ссистемой управления в программном пакете Matlab&Simulink.8Рисунок 2. ФПУ с ТК и симметричным регулированием:а) – в эквивалентной схеме замещения двухмашинной модели,б) – векторные диаграммы напряжений в стационарном режиме работы ФПУВо второй главе рассмотрены основные режимы работы ФПУ в линииэлектропередачи при реализации его управления по предложенному способу:полнофазный симметричный (ПФ_С) → неполнофазный симметричный(НПФ_С) → полнофазный несимметричный (ПФ_НС) → неполнофазныйнесимметричный (НПФ_НС) → полнофазный несимметричный →неполнофазный симметричный → полнофазный симметричный.

Отмечено, чтопоявление неполнофазных режимов работы ФПУ является следствиемреализации нового способа управления ФПУ и это требует их детальногоанализа.Для установившихся режимов работы ТК на каждом этапе егопереключения получены аналитические выражения, проведено имитационноемоделирование и сравнение результатов с экспериментальными данными,полученными на макетном образце ФПУ.

Для основных режимов работы ФПУполучены аналитические выражения, векторные диаграммы (рисунок 3) ианалитические модели, поясняющие электромагнитные процессы в основныхцепях его силовой схемы.Аналитическая модель для анализа процессов на каждом из этаповпереключения ТК позволяет вычислять токи и напряжения во всех контурахсиловой схемы ФПУ. Фрагмент аналитической модели при переключении фазыА (при переходе ФПУ в НПФ_С) представлен выражениями (1) – (4). Ониопределяют суммарное напряжения на всех мостах фазы А – фазное напряжение, напряжение средней точкифазы А и напряжение на выключенном9вентиле (плече) тиристорного мостабыть любая фаза.ТЯ.

Первой отключаемой фазой может∙∙∝∙∙∝∙∝∙∙∙∙∙∝∙∙∙∙∙,(1)∙∝∙==ТЯ=∝∙∝∙+±∙∑=√∙∙∙∙ tan∙2.,.(2)(3)(4)где– минимальный коэффициент трансформации ШТ,– минимальноеколичество тиристорных ячеек (ТЯ) в плече моста, – номер плеча моста, α  –максимальный угол регулирования ФПУ,– максимальное количествоступеней регулирования ФПУ.Рисунок 3. Векторные диаграммы токов и напряжений в специфических режимахработы ФПУ для перехода из положительной ступени: а) – НПФ_С режим,б) – НПФ_НС режим.Разработанная аналитическая модель верифицирована на имитационноймодели ФПУ с ТК в Matlab&Simulink. Максимальная относительная10погрешность аналитической модели по сравнению с результатамиимитационного моделирования составила 4,71%.На физической модели, соответствующей исследуемой имитационноймодели, проведены экспериментальные исследования специфических режимовработы ФПУ.

На рисунке 4 приведены временные диаграммы трех фазныхнапряжений ТК при переходе из угла регулирования ФПУ −20 эл. град. в+20 эл. град. и показаны фазные перенапряжения. Проведена валидацияаналитической модели и определено, что максимальная относительнаяпогрешность аналитической модели по сравнению с физическиммоделированием составила 8,37%.Рисунок 4. Фазные напряжения ТК при переходе из угла регулирования ФПУ−20 эл. град. в +20 эл. град.:,,Разработанные универсальные аналитические модели специфическихрежимов работы ФПУ позволяют рассчитать токи и напряжения во всех ветвяхи узлах схемы на всех этапах переключения ТК.Проведенные исследования по верификации и валидации моделейподтвердили корректность аналитических моделей и возможность ихиспользования для исследования режимов, характерных для предложенногоспособа управления ФПУ.В третьей главе рассмотрено влияние управления ФПУ при переключениипо новому алгоритму на процессы в ВЛ и на процессы в тиристорномкоммутаторе.

Исследование проводится на двухмашинной моделиэнергосистемы (рисунок 2). Параметры двухмашинной модели определены напримере принятой в научном сообществе схемы энергосистемы IEEE с 10-югенераторами и 39 шинами.Показано, что режимы работы ФПУ при симметричном регулировании ТКне вносят перенапряжений и перегрузок по току в ВЛ. Однако кратковременноеотсутствие тока в одной из фаз ТК, характерное для нового алгоритмауправления, оказывает существенное влияние на токи и напряжения ВЛ.С использованием аналитических моделей проведено исследование токов инапряжений ВЛ во всех возможных несимметричных полнофазных и11неполнофазных режимах ФПУ. Установлено, что максимальный коэффициентперегрузки по току в ВЛ возникает в ПФ_НС режиме работы и составляет 1,37,что не превышает величины уровня максимальной токовой защиты, который втечение 100 мс может составлять 2,87 от номинального.

Также показано, чтомаксимальный коэффициент перенапряжения ВЛ наблюдается в ПФ_НС режимеи составляет 1,34, что не превышает величины 1,58, которая являетсядопустимой в течение 100 мс согласно требованиям правил техническойэксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации подопустимым напряжениям.

Полученные результаты позволяют утверждать, чтоуправление ФПУ по предложенному алгоритму не приводит к возникновениюаварийных режимов в ВЛ, следовательно, технических ограничений поиспользованию алгоритма со стороны ВЛ не выявлено.Существенные изменения в процессе переключения по новому алгоритмупо сравнению с симметричными режимами работы ФПУ претерпевают процессыв тиристорном коммутаторе. Форма напряжения ТК становится ярко выраженноимпульсной, к тиристорам выключенной фазы прикладывается напряжение,существенно отличное от симметричного режима работы, а в оставшихся вработе фазах преобразователя наблюдается возрастание тока.Установлено, что при реализации алгоритма при условии, что в каждомплече установлено по одному тиристорному ключу, как показано на рисунке 2,возникают перенапряжения на всех мостах – фазные перенапряжения – иперегрузки по току, протекающему через тиристоры ( ,,) – фазномутоку (рисунок 5).