Автореферат (Повышение управляемости фазоповоротных устройств с тиристорными коммутаторами), страница 3

Соответственно, на каждом тиристоре возникаетперенапряжение в зависимости от величины фазного напряжения отключаемойфазы (,или) и величины напряжения U (рисунок 1). Этоподтверждает аналитическое выражение (3). На временных диаграммахрисунка 5 показан момент времени снятия импульсов с первой отключаемойфазы . В момент времени ток в фазе А спадает до нуля и до момента времениФПУ находится в НПФ_С режиме.

Далее фаза А ТК ФПУ включается взаданное состояние и наступает ПФ_НС режим работы. Аналогичноотключаются фазы В (НПФ_НС режим в диапазоне времени− ) и С(НПФ_НС режим в диапазоне времени − ).Средствами аналитического моделирования проведено исследованиефазных перенапряжений в процессе переключения. На рисунке 6 приведенызависимости изменения коэффициентов фазного перенапряжения отключаемойфазы А в НПФ_С режиме от угла регулирования ФПУ в пяти режимах работыэнергосистемы: при естественном распределении энергии в энергосети –нормальном режиме (Р3); двух наихудших послеаварийных режимах (Р1, Р5); атакже двух промежуточных режимах (Р2 и Р4). Доказано, что максимальныйкоэффициент фазного перенапряжения появляется в НПФ_С и НПФ_НСрежимах работы ФПУ в отключаемой фазе при максимальном углерегулирования ФПУ = +20 эл. град., и параметрахии составляет3,181.12Рисунок 5.

Токи и напряжения в ТК в процессе реализации предложенного способауправления ТК ФПУРисунок 6. Изменение коэффициентов фазного перенапряжениярежиме работы от угла регулирования ФПУв НПФ_С13Аналитическое моделирование также показывает, что перенапряжения внеполнофазных режимах работы ФПУ в неотключенных фазах существенноменьше по сравнению с отключаемой фазой. Перенапряжения в полнофазныхрежимах также незначительны, максимальный коэффициент составляет 1,25.Максимальный коэффициент фазного перенапряжения в ТК необходимоучитывать при выборе класса изоляции оборудования.Максимальный коэффициент перегрузки по фазному току составляет 1,35.Претерпевает изменение распределение напряжений по тиристорамотключаемой фазы, как показано на векторных диаграммах рисунка 7.

В данномслучае отключаемых тиристоров в фазе восемь. На рисунке 7 б показаноформирование вектораиз двух составляющихи.ТЯ.. ,представленных в выражениях (5) и (6)....ТЯ===,∙(5)∙2.±..,(6)(7)Рисунок 7. Векторные диаграммы напряжений на ТЯ коммутатора ФПУ: а) – длянеполнофазного режима работы ФПУ, б) – для ТЯ четвертого моста в неполнофазномрежиме работы ФПУДля каждого моста максимальные коэффициенты перенапряжения.ТЯ(при знаке «−» в выражении (7)) на ТЯ для всех мостов наблюдаются припереключении из максимального угла регулирования ФПУ = +20 эл. град.Максимальные коэффициенты перенапряжения на ТЯ в НПФ_НС режимеработы ФПУ представлены в таблице 1.

Отключаемой является фаза В, поэтомуименно на ней появляются максимальные перенапряжения. Перенапряжения навентилях ТК возникают кратковременно в силу скорости реализациипредложенного алгоритма.14Таблица 1. Максимальные коэффициенты перенапряжения на ТЯ в НПФ_НСрежиме работы ФПУ при= 20 эл. град.ФазаИмя мостаAМТК1МТК2МТК3МТК4МТК1МТК2МТК3МТК4МТК1МТК2МТК3МТК4ВСТЯ,В1219243748749747690675198759112341200240048029603ТЯ,В121924374874974757225266445537671200240048029603ТЯ1,151,151,151,156,543,562,071,331,141,141,141,14ТЯ1,151,151,151,155,422,491,060,451,141,141,141,14Ключевым моментом для оценки возможности применения новогоалгоритма является обязательное условие надежного запирания тиристоров вотключаемой фазе ТК.Проведено исследование типовых режимов запирания тиристоров вотключаемой фазе ТК. Предложенный способ управления подразумеваетналичие нулевой токовой паузы во всей выключаемой стойке тиристоров однойфазы ТК.

В результате в тиристорах ток станет меньше тока удержания. В частитиристоров начнется процесс выключения с последующем приложениемотрицательного напряжения, а в части – при последующем приложенииположительного напряжения. Доказано, что независимо от полярностинапряжения, которое впоследствии прикладывается к тиристорам, и отколичества тиристоров в плече моста, все тиристоры в стойке фазы ТКобязательно выключатся.Проведена оценка времени выключения при приложении положительногонапряжения, которая позволяет определить уставки безопасного переключениядля системы управления ТК.Выполнение условий надежного запирания тиристоров отключаемой фазыпри любом фазовом соотношении между напряжением и током в ВЛобуславливает свойство полной управляемости исследуемого алгоритма вотличие от ранее известных алгоритмов.Быстродействие нового алгоритма управления показано экспериментальнона физической модели (рисунок 8).

Показано, что исследуемый алгоритмпозволяет достичь быстродействия при переключении ФПУ вплоть до периодасетевого напряжения.15Рисунок 8. Токи фаз коммутатора при переходе из угла регулирования ФПУ−20 эл. град. в +20 эл. град.Помимо этого, в третьей главе показано, что из двух типов неполнофазныхрежимов особый интерес представляет НПФ_С режим, который также возникаетпри аварии в ВЛ при внешнем трехфазном КЗ. В этом случае система управленияснимает импульсы управления с трех фаз одновременно вне зависимости оталгоритма переключения ТК.

Сначала отключается одна фаза и ФПУоказывается в НПФ_С режиме, а затем две другие фазы отключаютсяодновременно, когда фазный ток ТК в них становится равным нулю.Разработанная аналитическая модель позволяет рассчитать коэффициентперенапряжения в этом случае при параметрах двухмашинной модели=0и= 0 (эквивалент режима внешнего КЗ) и он составляет 1,42.Исследования в данной главе проводились при условии, что в каждом плечеустановлено по одному тиристорному ключу, однако в реальности для каждогоплеча каждого моста целесообразно подобрать нужное количество тиристоровисходя из условия равенства напряжений на всех тиристорных вентилях(плечах).

Представленные в таблице 1 коэффициенты перенапряжениянеобходимо учитывать при выборе количества тиристоров в каждом плечемостов ТК.В четвертой главе на основе полученных аналитических моделей решеназадача вычисления надежности работы ТК при измененной динамикепереключения тиристорных мостов. Также представлена методика расчетаколичества тиристорных ключей – тиристорных ячеек (ТЯ) – при использованиинового алгоритма.Количество ТЯ в каждом тиристорном плече объединено терминомконфигурация ТК. Проведено вычисление и сравнение необходимого количестваТЯ при реализации существующего и нового способов управления ТК ФПУ.16Согласно методике расчета количества ТЯ сначала определяется базоваяконфигурация ТК, то есть минимальное число последовательно соединенных ТЯ:,,,в плече каждого моста.

При существующем способеуправления ТК перенапряжений на тиристорах не возникает, поэтому базоваяконфигурация определяется отношением максимального амплитудногонапряжения вторичной обмотки ШТ к максимально допустимому импульсномуповторяющемуся напряжению тиристора. При новом способе управления ТК,напротив, возникают перенапряжения на тиристорах, поэтому для вычислениябазовой конфигурации необходимо пользоваться соотношениями, полученнымианалитически для неполнофазных режимов работы ФПУ. С целью равномерногораспределения напряжения по плечам всех мостов отключаемой фазы дляповышения надежности системы при реализации нового способа управления ТК,количество ТЯ в мостах должно одинаково соотноситься с коэффициентамитрансформации вторичных обмоток ШТ.После определения базовой конфигурации, она корректируется в сторонуувеличения, что соответствует дробному резервированию числа ТЯ в плечекаждого моста ТК. При проведении расчетов для каждого МТК рассматривалисьчетыре конфигурации: базовая и три дополнительные с последовательнымувеличением количества ТЯ в плече МТК.

Причем число дополнительных ТЯ вмостах может быть разным.Надежность ТК определяется количеством ТЯ в ТК ФПУ. Увеличение числаТЯ в составе ТК вызывает изменение функции распределения вероятностибезотказной работы (ВБР) тиристоров. Для определения ВБР использоваласьметодика, апробированная многолетней эксплуатацией тиристорных блоков«БВПМ» в составе вставки постоянного тока на Выборгской подстанции.Методика основана на двух положениях: в качестве функции распределения ВБРдля тиристоров взят нормальный закон распределения; параметры нормальногозакона распределения определяют с учетом реального режима работытиристоров.Число резервных ТЯ определяется суперпозицией трех факторов: показателей надежности – среднего времени безотказной работы; внешних коротких замыканий ВЛ – напряжения при внешнем КЗ не должныпревышать максимально допустимое импульсное повторяющееся напряжениетиристора; неконтролируемых условий работы, связанных с возникновениемнедетерминированных переходных процессов в энергосети, в соответствии срекомендацией компании АВВ выбран коэффициент запаса по напряжению≤ 0,4 .В таблице 2 приведен выбор итоговой рациональной конфигурации :,, ,для алгоритмов управления по существующему и новому способамдля тиристоров.

Сравнение результатов расчета надежности при реализациисуществующего и нового способа управления показывает, что припереключении ТК по новому способу при полной управляемости общее17количество тиристоров ( об.Т ) возрастает в 1,3 раза. Дополнительных тиристоров( доп.Т) в случае переключения ТК по новому способу необходимо меньше, чемпри переключении по существующему способу.Таблица 2. Рациональные конфигурации для тиристоров 60-го класса напряженияАлгоритмБазовая конфиг.тиристоровИтоговая конфиг.тиристоровоб.Тдоп.ТСуществующий способ= 1,= 1,= 2,=3= 2,= 2,= 3,=5288120Новый способ= 1,= 2,= 3,=6= 2,= 3,= 4,=738496Сравнение показателей надежности ТК с одинаковым числом резервныхтиристоров для разных алгоритмов управления показывает, что среднее времябезотказной работы и среднее время предупредительного отключения всегдабудут несколько меньше при применении нового алгоритма управления,поскольку базовое число тиристоров в плечах каждого моста превышаетаналогичное число относительно существующего алгоритма управления.Однако наблюдаемое снижение некритично и не требует увеличения числарезервных тиристоров.Заключение1.