Диссертация (Повышение управляемости фазоповоротных устройств с тиристорными коммутаторами), страница 7

В результате в токе линии также появится токовая пауза. Прекращениетока в линии может привести к кратковременному отключению потребителей от энергосистемы.В топологиях ФПУ, у которых вентильные обмотки СТ соединены в треугольник,прерывание тока в ТК в одной из фаз ТК не приведет к прерыванию тока в вентильной обмоткеСТ, а значит, не приведет и к прерыванию тока в линии электропередачи. Например, такаятопология приведена на рисунке 1.4 в. Поэтому для таких топологий применение способапереключения в нуле тока ТК не вызывает перебоев в электроснабжении.Алгоритмы управления ФПУ, основанные на способе переключения путем приложенияобратного напряжения, хотя и могут быть применены для любых топологий ФПУ с дискретнымрегулированием, но обладают рядом особенностей.1.

Коммутация одного тиристорного моста возможна только на разрешенных временныхинтервалах [5, 16]. В работе [46] введено понятие разрешенного интервала, который может бытьдвух видов: типа 2 и типа 3 для надежной коммутации тиристоров (рисунок 1.7). Тип 2 –временной интервал, при котором мостовой ток и напряжение имеют один знак (возможна сменарежима работы моста в сторону увеличения ступени регулирования ФПУ).

Тип 3 – когдамостовой ток и напряжение имеют разные знаки (возможна смена режима работы моста всторону уменьшения ступени регулирования ФПУ). На один из типов интервалов необходимовводить временные ограничения, связанные с коммутационной способностью тиристорногомоста. Временные ограничения необходимо вводить на такой тип интервала, в котором ток30нарастает от нуля, а в конце интервала напряжение спадает до нуля и потом меняет знак. В этомслучае необходимо накладывать определенные временные ограничения от начала и от концаинтервала для учета максимального времени коммутации и нормального восстановлениятиристоров.Рисунок 1.7 Разрешенные интервалы безопасной коммутации типа 2 и типа 3:а) – при отрицательном фазовом сдвиге между напряжением и током,б) – при положительном фазовом сдвиге между напряжением и токомЕсли же все эти временные ограничения не будут рассчитаны правильно, в коммутируемомтиристорном мосте возникнет кратковременный контур короткого замыкания.

А приопределенныхфазовыхсоотношенияхтоковинапряженийинтервалыбезопасногопереключения типа 2 и 3 могут и вовсе исчезнуть. Угол, при котором они все еще наблюдаются,называется критическим углом коммутации [34]. При работе линии электропередачи с углами φсдвига фазы между напряжением и током в ТК в диапазонах от −115 до −90 и от 60до 90 эл. град.

не представляется возможности осуществить любую требуемую смену угларегулирования ФПУ [46].2. ТК одной фазы состоит из нескольких последовательно соединенных тиристорныхмостов. В зависимости от топологии ФПУ к тиристорным мостам одной фазы ТК могутподключаться либо синфазные вторичные обмотки ШТ (ФПУ с симметричным регулированием– рисунок 1.4 в), либо вторичные обмотки ШТ разных фаз (ФПУ с поперечным и ФПУ спродольно-поперечным регулированием – рисунки 1.4 а и 1.4 б).В случае подключения синфазных обмоток ШТ при коммутации нескольких тиристорныхмостов возникает явление, связанное со взаимной магнитной индуктивностью рассеяниявторичных обмоток ШТ, что приводит к увеличению интервала коммутации.

В результате нужно31накладывать еще более жесткие ограничения на разрешенный временной интервал коммутации.За счет этого ограничения сужается диапазон углов между напряжением и током. В диссертацииНовикова М.А. эти процессы исследованы и учтены и приведена методика расчета предельнойкоммутационной способности ФПУ с симметричным регулированием [34].В топологиях с подключением вторичных обмоток ШТ разных фаз к тиристорным мостамодной фазы ТК помимо влияния взаимной индуктивности необходимо учесть следующуюособенность.

Тиристорные мосты, к которым подключены разные фазы вторичных обмоток ШТбудут иметь разные разрешенные временные интервалы. При одновременном переключениинескольких тиристорныхмостов, которое может потребоваться присмене ступенирегулирования, необходимо найти интервал времени, соответствующий всем разрешенныминтервалам всех переключаемых мостов. В большинстве случаев при одновременномпереключении мостов такой общий разрешенный интервал может отсутствовать. В результатедля смены ступени регулирования придется переключать мосты поэтапно, что значительноувеличит время переключения из одной ступени регулирования в другую [46].3. Для изменения угла регулирования ФПУ необходимо переключить три фазы ТК.

Дляпереключения каждой фазы ТК должен быть найден свой разрешенный временной интервал.Поскольку три фазы смещены друг относительно друга в симметричном режиме на 120 эл. град.,то изначально разрешенные временные интервалы смещены на тот же угол. Поэтомуодновременное переключение всех трех фаз ТК невозможно.

После переключения одной из фазкоммутатора ФПУ попадает в несимметричный режим работы. В результате изменяютсяразрешенные временные интервалы для двух других непереключившихся фаз ТК. Дляоставшихся непереключенных фаз ТК может произойти пропадание нужного разрешенногоинтервала, в результате чего ФПУ может остаться в несимметричном режиме работы. Дляисключения подобных ситуаций в работе Новикова М.А. был предложен специальная методика,которая позволяет по текущему режиму работы эквивалентной двухмашинной моделиэнергосистемы спрогнозировать успешность или неуспешность такого переключения [34].Из рассмотренных выше особенностей следуют определенные недостатки алгоритмауправления при способе переключения тиристорных мостов путем приложения обратногонапряжения, который называется алгоритмом управления с переключением ТК на разрешенныхвременных интервалах:1.

Частичная управляемость не позволяет производить все возможные смены ступенейрегулирования ФПУ. Данное ограничение возникает вследствие пропадания одного из типовразрешенных интервалов коммутации до переключения или во время переключения.2. Полная неуправляемость не позволяет осуществить ни одной смены ступенейрегулирования ФПУ. Полная неуправляемость может возникнуть при нахождении ФПУ в32одной из крайних ступеней регулирования, поскольку для переключения из этой ступенинужен только один тип интервалов. И если этот тип разрешенных временных интерваловпропадет вследствие изменения фазовых соотношений между напряжением и током в линии,ФПУ не сможет никуда переключиться.3.

Многоэтапность переключения является следствием частичной неуправляемости. Примногоэтапном переключение из начальной ступени в конечную осуществляется черезнекоторые промежуточные ступени регулирования. В результате общее время переключенияувеличивается. Таким образом ФПУ обладает ограниченным быстродействием, среднее времясмены ступени регулирования составляет 3 периода напряжения сети [34, 40].Наличием этих недостатков продиктована необходимость поиска нового, более гибкого,алгоритма управления, при котором возможно будет провести одноэтапную коммутацию без зончастичной управляемости и надежного переключения ТК [40]. Альтернативным алгоритмомуправления ТК ФПУ можно предложить воспользовавшись способом переключения в нулефазного тока ТК. Рассматриваемый объект исследования – ФПУ с симметричнымрегулированием – позволяет применить такой алгоритм переключения без нулевой токовойпаузы в линии электропередачи.1.5 Цель и задачи исследованийИсходя из описанных в параграфе 1.4 особенностей созданного ранее алгоритмауправления тиристорным коммутатором ФПУ, можно сформулировать цель и задачиисследований, результаты которых представлены в данной работе.Целью диcсертационной работы является повышение управляемости и быстродействияпереключения тиристорного коммутатора ФПУ вне зависимости от параметров режимаэнергосистемы средствами нового алгоритма управления тиристорным коммутатором спереключением в нуле тока.Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:1.

Разработка нового алгоритма управления, обладающего свойством полной управляемости прилюбом фазовом соотношении между напряжениями и токами в линии электропередачи ипредельно высоким быстродействием.2. Разработка структуры и имитационной модели системы управления, реализующей новыйалгоритм управления с переключением в нуле тока ТК.

Интеграция разработаннойимитационной модели системы управления в имитационную модель ФПУ.3. Разработка универсальной аналитической модели для неполнофазных режимов работы ФПУ,возникающих при использовании алгоритма управления с переключением в нуле тока ТК.334. Верификация аналитической модели для неполнофазных режимов работы ФПУ посредствомсравнения результатов аналитического и имитационного моделирования.5. Проведение экспериментальных исследований неполнофазных режимов работы ФПУ нафизической модели мощностью 20 кВА. Экспериментальное подтверждение реализуемости ибыстродействия алгоритма управления с переключением в нуле тока ТК.6. Валидация аналитической модели посредством сопоставления расчетных результатов сэкспериментальными данными, полученными на физической модели в режимах работы ФПУ,возникающих при использовании алгоритма управления с переключением в нуле тока ТК.7.

Исследование влияния алгоритма на кратковременные изменения напряжений и токов в линиии оценка коэффициентов перенапряжения и перегрузки по току.8. Исследование влияния алгоритма на перераспределение фазных токов и напряженийкоммутатора во время переключения.9. Исследование работоспособности алгоритма при любых фазовых соотношениях напряженийи токов в линии посредством проверки существования необходимого и достаточного условиядля запирания тиристоров переключаемой фазы коммутатора.10.Предложение методики расчета показателей надежности тиристорного коммутатораФПУ, которая учитывает топологию коммутатора и алгоритм переключения.11.Сравнение показателей надежности ТК при использовании алгоритма управления спереключением ТК на разрешенных временных интервалах и в нуле тока.12.Разработкаметодикивыбораконфигурациитиристорногокоммутатораприиспользовании алгоритма управления с переключением в нуле тока ТК.1.6 Алгоритм управления с переключением тиристорного коммутаторав нуле токаВ данной работе предложен новый способ управления ФПУ путем поэтапногопереключения обмоток ШТ, заключающийся в одновременном снятии импульсов управления совсех тиристоров одной переключаемой фазы ТК, фиксации наличия нулевого тока впереключаемой фазе ТК в течение временного интервала, длительность которого превышаетвремя восстановления тиристоров.

По окончании временного интервала нулевой токовой паузыподаются импульсы управления на включение тиристоров этой фазы в новое состояние согласнозаданной ступени регулирования. Далее аналогичным способом происходит последовательноепереключение каждой следующей фазы ТК в заданное конечное состояние [43].Этот способ можно реализовать с помощью алгоритма управления с переключением в нулетока ТК, при котором возможно провести одноэтапное переключение независимо от фазовогосоотношения между напряжением и током в линии.34Для начала качественно рассмотрим процессы при последовательном переключении фазA→B→C при применении алгоритма управления с переключением в нуле тока ТК с применениемимитационного моделирования.