Диссертация (Повышение управляемости фазоповоротных устройств с тиристорными коммутаторами), страница 14

В таблице 2.4 отражены все значения токов и напряжений, указанных нарисунке 2.1, в полнофазном несимметричном режиме для перехода из_= 15 в= −15, смоделированных аналитически и имитационно. Таблица 2.4 уточняет данные,_показанные на временных диаграммах, и доказывает правильность аналитической модели.В первом столбце таблицы 2.4 представлены наименования всех рассчитанных величиннапряжений и токов. Изображенные на временных диаграммах рисунка 2.11 амплитудныезначения и фазовые сдвиги токов и напряжений, рассчитанные с помощью имитационногомоделирования, указаны во втором и третьем столбцах таблицы 2.4.

Амплитудные значения ифазовые сдвиги токов и напряжений, представленные на рисунке 2.12 и рассчитанныеаналитически, отражены в четвертом и пятом столбцах таблицы 2.4.Из таблицы 2.4 и рисунков 2.11 и 2.12 видно, что фаза А включилась в работу снова, то естьпоявился ток, и появилась характерная несимметрия во всех временных диаграммах,поскольку в этом режиме получается, что фаза А уже перешла в конечную ступеньрегулирования, при этом фазы В и С еще находятся в начальной ступени регулирования.

Извременных диаграмм видно, что фазное напряжениепревышает напряженияи. Согласно аналитическим расчетам, амплитуда напряжениясоставляет 85 % от амплитуды напряжения90 % от амплитуды напряженияотключаемой фазы А несущественно, а амплитуда напряжениясоставляет. Поэтому в ПФ_НС режиме работы ФПУ вентили находятсявне опасности, если они выбраны с должным коэффициентом запаса по напряжению.Токиив этом режиме несколько выше, чем в НПФ_С. Согласно аналитическимрасчетам, в НПФ_С режиме амплитуда токаАМПЛ= 2649,2 А, аАМПЛ= 2407,0 А.АМПЛ=АМПЛ= 2381,5 А, а в ПФ_НС режиме90Таблица 2.4 Значения токов и напряжений для перехода из_= 15 в_= −15при имитационном и аналитическом моделировании в ПФ_НС режиме работы ФПУПараметрИмитационное моделированиеАмплитуда, ВФазовый сдвиг,эл. град.1087702,078358−109,8104940136,810540019,4100320−111,684014133,210588010,489335−111,69444013518686−169,215576−111,616481135Амплитуда, АФазовый сдвиг,эл. град.145432,4962−124,2798167,4148824,2679−96,21080−172,81697−151,292069,61055−5,3205129,6465−16241441,41230129,6266314,92485−138,6Аналитическое моделированиеАмплитуда, ВФазовый сдвиг,эл. град.107508,42,180857,7-110,2104573,8134,7106079,518,499181,7-110,885623,9134,0105713,110,290018,5-110,595097,1134,417759,8-169,815123,1-110,515976,3134,4Амплитуда, АФазовый сдвиг,эл. град.1414,531,8939,1−119,6833,4164,01458,423,4706,2−92,71097,2−177,61656,5−152,5925,671,91102,0−5,5214,2129,4445,1−165,6404,443,11275,2129,42649,214,42407,0−136,991Рисунок 2.11 Результаты имитационного моделирования установившегося полнофазногонесимметричного режима в Matlab для перехода из_= 15 в_= −1592Рисунок 2.12 Результаты аналитического моделирования установившегося полнофазногонесимметричного режима в Mathcad для перехода из_= 15 в_= −1593По полученным данным рассчитана относительная погрешность напряжений и токованалитической модели в процентах, как отношение абсолютной погрешности измерения кдействительному значению, согласно соотношениям (2.154) – (2.157).МаксимальнаяимитационногоАМПЛАМПЛ= 4,96 %,относительнаямоделированияпофазампогрешностьпоамплитудамнапряжений= 4,49 %, а по фазам токов ––аналитическихмоделейизмеренных= 5,16 %,относительнонапряженийпосоставляетамплитудамтоков–= 4,11 %.

Согласно этому, такое совпадениеимитационной и аналитической моделей можно считать удовлетворительным. Из таблицы 2.4 ирисунков 2.11 и 2.12 следует, что моделирование в Mathcad полностью подтверждаетсямоделированием в Matlab.2.3.4 Верификация аналитической модели неполнофазного несимметричногорежима работы ФПУ в энергосистемеДля верификации аналитической модели, проведем ее сравнение с имитационной модельювMatlab.ПоставленныеипроиллюстрированыИмитационноеэкспериментыаналогичнымимоделирование= 65959,9731,697 эл. град.,представленыосциллограммамипроведенодлявчислахнарисункахнормального= −0,087 + 37,526 ,режимавтаблице2.13си2.52.14.параметрами= 68961,99 − 0,478 эл. град.,= 11,322 + 20,761 .

В таблице 2.5 отражены все значения токов и напряжений, указанных нарисунке 2.1, в неполнофазном несимметричном режиме для перехода из__= 15 в= −15, смоделированных аналитически и имитационно. Таблица 2.5 уточняет данные,показанные на временных диаграммах, и доказывает правильность аналитической модели.В первом столбце таблицы 2.5 представлены наименования всех рассчитанных величиннапряжений и токов. Изображенные на временных диаграммах рисунка 2.13 амплитудныезначения и фазовые сдвиги токов и напряжений, рассчитанные с помощью имитационногомоделирования, указаны во втором и третьем столбцах таблицы 2.5. Амплитудные значения ифазовые сдвиги токов и напряжений, представленные на рисунке 2.14 и рассчитанныеаналитически, отражены в четвертом и пятом столбцах таблицы 2.5.Из таблицы 2.5 и рисунков 2.13 и 2.14 видны характерные особенности НПФ_НС режимапри отключении фазного тока фазы В ТК.

При этом пропадает токдиаграмме. Из нее же следует, что токии, что видно на последнейстановятся одинаковыми по амплитуде ипротивоположными по фазе. Это отражено и в таблице 2.5. Амплитуда, рассчитанная поимитационной модели, составляет 1493 A, а фазовый сдвиг у66,6 эл. град., а у−113,4 эл. град. Амплитуда, рассчитанная аналитически составляет 1480,3 A, а фазовый сдвиг у69,6 эл. град., а у−110,5 эл. град. Также из временных диаграмм следует, что=0и94==. При этомпо отношению ки, исходя из таблицы 2.5 и векторных диаграмм, они оба синфазны.Таблица 2.5 Значения токов и напряжений для перехода_= 15 в_= −15 приимитационном и аналитическом моделировании в НПФ_НС режиме работы ФПУПараметрИмитационное моделированиеАмплитуда, ВФазовый сдвиг,эл. град.10540021,985160−10873100151,2940452,9106700−109,8104150120,69829513,295960−109,885420133,217150−167,4434809914900133,2Амплитуда, АФазовый сдвиг,эл. град.54065,2882−113,454065,228064,2882−113,428064,2474−117102068,6474−11726166,60026166,6149366,6001493−113,4Аналитическое моделированиеАмплитуда, ВФазовый сдвиг,эл. град.106192,422,987259,6−108,973467,1150,193616,02,8105519,6−109,7104171,1120,098368,913,596387,1−109,385859,9132,416526,0−166,542940,098,114424,5132,4Амплитуда, АФазовый сдвиг,эл. град.531,567,4873,7−109,1531,567,4283,165,5873,7−109,1283,165,5470,9−113,31010,270,9470,9−113,3248,769,600248,769,61480,369,6001480,3−110,595Рисунок 2.13 Результаты имитационного моделирования установившегося неполнофазногонесимметричного режима в Matlab для перехода из_= 15 в_= −1596Рисунок 2.14 Результаты аналитического моделирования установившегося неполнофазногонесимметричного режима в Mathcad для перехода из_= 15 в_= −1597Следует отметить, что фазное напряжениенапряженийиотключаемой фазы B существенно выше.

Согласно аналитическим расчетам, амплитуда напряжениясоставляет 38 % от амплитуды напряженияот амплитуды напряжения2,5 раза, а напряжение, а амплитуда напряжения. Иными словами, напряжениесоставляет 33,6 %превышает напряжениявв 3 раза. Поэтому вентили необходимо выбирать так, чтобы онивыдерживали подобные перенапряжения.Согласно соотношению (2.151), напряжение на вентилях зависит как от напряжения,которое для данного примера согласно аналитическим расчетам составляет в амплитуде96387,1 В, так и от напряжения.По полученным данным рассчитана относительная погрешность напряжений и токованалитической модели в процентах, как отношение абсолютной погрешности измерения кдействительному значению, согласно соотношениям (2.154) – (2.157).МаксимальнаяимитационногоАМПЛотносительнаямоделированияпогрешностьпо= 3,64 %, по фазам напряжений –а по фазам токов –амплитудаманалитическихизмеренныхмоделейотносительнонапряжений= 4,57 %, по амплитудам токов –АМПЛсоставляет= 4,71 %,= 4,51 %.

Согласно этому, такое совпадение имитационной ианалитической моделей можно считать удовлетворительным. Из таблицы 2.5 и рисунков 2.13 и2.14 следует, что моделирование в Mathcad полностью подтверждается моделированием в Matlab.Таким образом, все четыре типа аналитических моделей подтверждаются экспериментамина имитационной модели. При этом все аналитические модели показывают более 94% точностипо сравнению с имитационными и могут в дальнейшем быть использованы.2.4Валидация аналитических моделей режимов работы ФПУна физическом макетеДо настоящего времени неполнофазные режимы работы ФПУ на макетном образце неизучались, поскольку в разработанных в диссертационных исследованиях [34, 46] алгоритмахтакие режимы не возникали.

Поэтому для дальнейшего изучения неполнофазных режимов,впервые были проведены натурные испытания на физическом макетном образце, которыепоказали хорошую сходимость результатов с аналитической и имитационной моделями.Валидация универсальных аналитических моделей проводилась путем количественногосравнения действующих значений напряжений и токов регистрируемых на экспериментальноммакете ФПУ [5]. Сравнивались данные до и после ФПУ, в средней точке СТ, а также на мостах.Натурный эксперимент проводился на физическом макетном образце фазоповоротногоустройства с тиристорным коммутатором, разработанном в [34] для проведения исследований в98области алгоритмов управления фазоповоротными устройствами с ТК. Данный физическиймакет обладает следующими основными техническими характеристиками: Номинальная проходная мощность 20 кВА; Питание стенда от трехфазной сети переменного тока 380 В с частотой 50 Гц; Номинальный ток 30 А; Количество ступеней регулирования: 31. Максимальный формируемый фазовый сдвиг ±40 эл. град.; Дискретность изменения фазы выходного напряжения 2,67 эл. град.; Напряжение первичной обмотки ШТ 220 В Действующие значения напряжений вторичных обмоток ШТ составляют от МТК1 до МТК410 В, 20 В, 40 В и 80 В соответственно, то есть соотносятся в пропорции 1:2:4:8.Для установления соответствия режимов, рассчитанных аналитически, с режимами на=0 ифизическом макете, в натурном эксперименте принято:= 0.

Таким образом, длянатурных экспериментов использовалась схема, указанная на рисунке 2.15 [8, 55].Рисунок 2.15 Экспериментальная схема физической модели «сеть – ФПУ – нагрузка»В натурном эксперименте во избежание эффекта насыщения трансформаторов макетногообразца было снижено напряжение на входе ФПУ,ии напряжения вторичныхобмоток ШТ. Действующее значение этих фазных напряжений составило 75 В, действующие99значения напряжений вторичных обмоток ШТ 3,4 В, 6,8 В, 13,6 В и 27,3 В соответственно. При=этом+= 16 Ом и, где= 5 мГн. Для корректного сравнения результатовнатурного эксперимента с аналитическими моделями, в аналитических выражениях также=0иприравняемНижеприведены= −15 в_= 0.временныедиаграммыпереключенияпреобразователяиз= +15 по алгоритму управления с переключением в нуле тока ТК. Эти_номера ступеней выбраны с целью достижения как можно более выраженных изменений токов инапряжений, которые могут быть зафиксированы на экране осциллографа.