Диссертация (Разработка и исследование статических компенсаторов реактивной мощности на основе тиристорно-переключаемых схем), страница 5

Применение алгоритма оптимизации расчета параметров каждого реактивного элементасхемы позволит добиться наиболее равномерного распределения уровней регулируемыхмощностей.ImX1X3VsS1S2S3S4X2X4X5Рис.1.11 Схема TПРГ с пятью реактивными элементами и четырьмя ключамиЕсли при пяти реактивных элементах требуется получение большее количество уровнейрегулирования мощностей, то может быть применена схема TПРГ рис.1.12, состоящая из пятиреактивных элементов и восьми ключей и обеспечивающая работу 50-и уровней регулированияреактивных мощностей.IsX1X5X3S1S3S5S6VsS8S7S4S2X2X4Рис.1.12 Схема TПРГ с пятью реактивными элементами и восемью ключами1.2.5 TПРГ с шестью реактивными элементамиНа рис.1.13 представлена схема TПРГ, состоящая из шести реактивных элементов и пятиключей, обеспечивающая работу 32 –х ступеней регулирования реактивной мощности (таблица1.5)[22].26ImX3X1X5VsS2S1S5S3X4X2S4X6Рис.1.13 Схема TПРГ с шестью реактивными элементами и пятью ключамиТаблица 1.5 Состояния схемы TПРГ рис.1.13No.Схема соединения1234567891011121314151617181920212223242526272829303132X5 + X6X4 + X5X5 + (X4 // X6)X3 + X4X4 + (X3 // X5)X4 + X1(X3 + X4) // (X5 + X6)(X3 // X5) + (X4 // X6)X4 + (X1 // X5)X4 + (X1 // X3)X4 + (X1// X3 // X5)X1 + X2(X1 + X4) // (X5 + X6)(X1 // X5) + (X4 // X6)(X5 + X6) // (X4 + (X1 // X3))(X4 // X6) + (X1// X3 // X5)(X1 + X2) // (X5 + X6)X1 + (X2 // X4)(X1 + X2) // (X4 + X5)(X1 + X2) // (X5 + (X4 // X6))(X1 // X5) + (X2 // X4)(X1 + X2) // (X3 + X4)(X2 // X4) + (X1 // X3)(X1 + X2) // ((X3// X5) + X4)(X2 // X4) + (X1 // X3 // X5))(X1 + (X2 // X4)) // (X5 + X6)(X1 // X5) + (X2 // X4 // X6)(X1 + X2) // (X3 + X4) // (X5 + X6)((X3 // X5) + (X4 // X6)) // (X1 + X2)((X1 // X3) + (X2 // X4)) // (X5 + X6)(X1 // X3 // X5) + (X2 // X4 // X6)Состояния ключейS1S2S3OFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFONOFFOFFONOFFOFFOFFONOFFONOFFOFFONOFFOFFOFFONOFFONONOFFONONONOFFOFFOFFOFFONOFFOFFONOFFONONOFFONONONOFFOFFONOFFONONOFFOFFONOFFOFFONOFFONONONOFFONONONONONOFFONONONONOFFONONOFFONONONOFFONONOFFONONONONONONS4OFFONOFFONOFFOFFOFFONONOFFOFFOFFOFFONONONONONOFFOFFONOFFOFFOFFOFFOFFONONONONONONS5OFFOFFONONOFFONOFFOFFONONOFFONOFFOFFONOFFONOFFOFFONONONOFFOFFONONOFFONOFFONOFFONУвеличить количество уровней регулирования мощности до 68 в схеме рис.1.13 можно засчет добавления в нее трех дополнительных ключей (рис.1.14).27ImL1L5L3oqpCAEHVsGlkmDBrFtsL2L6L4Рис.1.14 Схема TПРГ СКРМ с шестью реактивными элементами и восемью ключамиПри таком же количестве реактивных элементов (шесть) и девяти ключей схема рис.1.15обеспечит получение 86 уровней регулирования мощностей.IsX1X5X3S1S3S5S8VsS9S7X2S6S4S2X4X6Рис.1.15 Схема СКРМ с шестью реактивными элементами и девятью ключамиВсе представленные схемы применимы как для ТПРГ, так и для ТПКГ.

Параметрыпредставленных СКРМ должны быть оптимизированы для получения равномерного распределенияуровней регулируемых мощностей. Следующий раздел посвящен решению этой задачи на основеформирования целевой функции и применения генетического алгоритма.1.3 Оптимизация параметров реактивных элементов в схемах СКРМ. КритерииоптимизацииКак упоминалось в предыдущей части, каждая из новых схем построения СКРМ позволяетполучить определенное максимальное количество уровней регулируемых реактивных мощностейСКРМ. Обеспечение равномерного распределения уровней мощностей при управлении ключами врассматриваемых схемах является важной практической задачей.

Это достигается расчетомзначения каждого реактивного элемента схемы. Ниже приведены аналитические выраженияцелевой функции, представляющей величину реактивной мощности в рассматриваемой схеме длякаждого уровня реактивной мощности [22].Эквивалентной индуктивности Lx(n) каждой ступени регулирования мощности будет28соответствовать реактивная мощность QdL:QdL  n  V2 Lx  n (1.1)где n номер ступени, V номинальное действующее значение напряжения и ω номинальнаяугловая частота. Если конкретная схема СКРМ способна обеспечить m ступеней регулированиямощности, то зависимость равномерного распределение требуемой реактивной мощностииндуктивного характера Q*dL по ступеням можно определить из следующего выражения:*QdLn nQLm(1.2)где QL номинальная реактивная мощность схемы СКРМ.

Целевая функция O.FL должнабыть минимизирована с целью получения наиболее однородного распределения реактивноймощности по ступеням регулирования:*O.FL   n 1 QdL n   QdL  n m(1.3)Чтобы получить значения параметров элементов схемы СКРМ, которые могли бы бытьреализованы на практике, необходимо принять некоторые ограничения. В связи с этим,соотношение между минимальным и максимальным значением индуктивностей на различныхступенях было принято не более 12,5%. Для получения оптимального решения был использованизвестный генетический алгоритм (Genetic Algorithm) [23].Целевая функция (1.3) позволяет получить равномерное распределение вырабатываемойреактивной мощности, но при этом может привести к высокой разности мощностей между двумясоседними ступенями. В целях исключения подобной ситуации, предлагается новая целеваяфункция O.F.D которая описывает разницу мощностей между двумя соседними вырабатываемымиреактивными мощностями (QdL(n), QdL(n+1)), при этом эта разница не должна превышатьзаданного значения ΔQ и m ступеней.O.F .DL   n 1 QdL  n  1  QdL  n   Qm 1(1.4)где QdL(n) определяется выражением (1.1) и ΔQ выбирается в соответствии с количествомступеней топологии СКРМ.Для СКРМ, вырабатывающего реактивную мощность емкостного характера, можнопредположить, что каждая эквивалентная емкость Cx (n) обеспечивает выдачу реактивноймощности по следующему закону:QdC  n   V 2 C x  n (1.5)где n номер эквивалентной схемы.

Зависимость равномерного распределение требуемойреактивной мощности емкостного характера Q*dC по ступеням можно определить из следующего29выражения:*QdCn nQCm(1.6)где QC номинальная реактивная мощность емкостного характера схемы СКРМ. Целеваяфункция O.FС должна быть минимизирована с целью получения наиболее однородногораспределения реактивной мощности по ступеням регулирования:*O.FC   n 1 QdC n   QdC  n m(1.7)Чтобы получить значения параметров элементов СКРМ, которые могли бы бытьреализованы на практике, необходимо принять некоторые ограничения.

В связи с этим,соотношение между минимальным и максимальным значением емкости на различных ступеняхбыло принято не более 12,5%. Для получения оптимального решения был использован известныйгенетический алгоритм. Целевая функция (1.7) позволяет получить равномерное распределениевырабатываемой реактивной мощности емкостного характера, но при этом может привести квысокой разности мощностей между двумя соседними ступенями.

В целях исключения подобнойситуации, предлагается новая целевая функция O.F.DC которая описывает разницу мощностеймежду двумя соседними вырабатываемыми реактивными мощностями емкостного характера(QdC(n), QdC(n+1)), при этом указанная разница не должна превышать заданного значения ΔQC и mступеней.O.F .DC   n 1 QdC  n  1  QdC  n   QCm 1(1.8)где ΔQC выбирается в соответствии с количеством ступеней топологии СКРМ. В случаенеобходимости может быть применено ограничение значений емкостей конденсаторов в целяхуменьшения разницы между ступенями регулирования СКРМ.1.4 Оценка технических параметров элементов схем СКРМКаждая топология должна быть оценена согласно выбранным критериям.

К такимкритериям относятся, во-первых, плавность регулировочных характеристик, которая достигаетсяметодами оптимизации, описанными в предыдущем разделе. Вторым критерием являетсясуммарная установленная мощность компонентов СКРМ, отдельно для реактивных элементов идля ключей. Установленная мощность каждого элемента схемы может быть рассчитанаследующим образом:1.Определяются приложенное напряжение и ток каждого элемента схемы топологии накаждой ступени;2.Из всего массива напряжений и токов элемента схемы, соответствующих каждойступени, выбираются максимальные значения.

Эти значения принимаются как номинальные30значения для рассматриваемого элемента;Произведение максимальных напряжения и тока каждого компонента определяет его3.установленную мощность;Суммарная установленная мощность реактивных компонентов - это сумма4.установленных мощностей каждого элемента, а суммарная установленная мощность ключей сумма установленных мощностей каждого ключа. Для каждой схемоной топологии СКРМ вразделах 1.5 и 1.6 будет рассчитана суммарная установленная мощность каждой категорииэлементов для каждой из рассматриваемых схем. Оптимизацию установленных мощностей длякаждой из рассматриваемых схем можно осуществлять следующими способами:а.Уменьшением полной установленной мощности ключей за счет измененияколичества ключей в схеме;б.

Снижением суммарной установленной мощности элементов схемы (реактивныхэлементов или ключей) за счет исключения ступеней, вырабатываемые мощности накоторых близки по абсолютному значению.1.5 Оценка топологий СКРМ, построенных на основе ТПРГПараметры разработанных схемных топологий тиристорно-переключаемых реакторныхгрупп (ТПРГ) оптимизированы с использованием выражений из раздела 1.3. При необходимости,номинальная мощность СКРМ может быть уменьшена, при этом разработанные методы расчетаостанутся справедливыми.1.5.1 Оценка ТПРГ с четырьмя реакторами и тремя переключателямиПрименив целевую функцию (1.3) к ТПРГ из четырех реакторов и трех ключей (рис.1.9), изаменяя реактивные элементы (X1, X2, X3 и X4) на реакторы (L1, L2, L3 и L4), с помощьюгенетического алгоритма были получены соответствующие решения (рис.1.16).

Результат расчетапо генетическому алгоритму с целью получения наилучшего решения показан на рис. 1.16, гдечисло итераций равно 180. Значения распределенных индуктивностей вычисляются относительнономинальной индуктивности Leq, и их величины составляют: Ll = 0.72 Leq, L2 = 1.28 Leq, L3 = 2.12 Leqand L4 =0.72 Leq. На рис.1.17 показаны восемь уровней (ступеней) реактивной мощностииндуктивного характера, формируемых схемой при использовании рассчитанных величининдуктивностей реакторов. Можно отметить, что различия в значениях индуктивностей реакторовзначительно меньше, чем в схеме бинарной ТПРГ [22].31Рис.1.16 Наилучшие и средние значения целевой функции для ТПРГ с четырьмя реакторами итремя переключателямиРис.1.17 Распределение процентной доли реактивной мощности по ступеням регулированиятопологии ТПРГ с четырьмя реакторами и тремя ключамиВ таблице 1.6 показаны различные состояния работы ТПРГ с четырьмя реакторами и тремяключами: от наименьшей реактивной мощности индуктивного характера до наибольшейреактивной мощности, то есть от наибольшей суммарной индуктивности до самого меньшего егозначения.Таблица 1.6 Значения и состояния элементов ТПРГ с четырьмя реакторами и тремяключами№Схема соединения12345678L2 + L3L3 + L4(L2 // L4) + L3L1 + L2(L1 // L3) + L2(L1 + L2) // (L3 + L4)(L1 // L3) + (L2 // L4)*100%029.3635.1538.6849.9154.9285.06100∞3.42.842.582.011.821.171S1S2S3OFFOFFOFFOFFONONONONOFFOFFONONOFFOFFONONOFFONOFFONOFFONOFFONПосле выбора значений индуктивностей, для каждого из состояния ТПРГ, описанных втаблице 1.6, можно определить токи в каждом реакторе и каждом ключе.