Отзыв ведущей организации (Разработка и исследование статических компенсаторов реактивной мощности на основе тиристорно-переключаемых схем)

миновРИАуки России УТВЕРЖДАЮ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высгнего образованна ийнжегородскнй государственный техническая уннверснтет над. Р.Е. Алексеева» (НГТУ) . Бабанов Минина )ок, 24, г. Нижний Новгород. 603950 Тсд. 1831) 436-23-25, факс (831) 436-94-75 В. ''э . » нг~я 2018 г ОКПО 02068137 ОГРН П)25203034537 ИНН / КПП 5260001439 / 526001001 отзыв ведущей организации ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им.

Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгород на диссертацию Элгибали Ахмеда Элсайед Ибрагима «Разработка и исследование статических компенсаторов реактивной мощности на основе тиристорно-переключаемых схем», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 - Силовая электроника. Диссертационная работа Элгибали Ахмеда Элсайед Ибрагима посвящена разработке принципов построения статических компенсаторов реактивной мощности (СКРМ) на основе тиристорно-переключаемых схем и их систем управления, обеспечивающих отсутствие высших гармоник в токе СКРМ во всем диапазоне его регулирования.

Актуальность работы. Разработка СКРМ с высокими технико-зкономическими показателями является важной научно-технической и практической задачей, успешное решение которой найдет свое применение в электрических сетях различных классов напряжений. Широкий спектр решаемых с помощью применения СКРМ задач в электрических сетях, таких как уменьшение потерь электроэнергии, управление напряжением в месте их подключения, повышение динамической устойчивости генераторов, симметрирование напряжений на нагрузке, определяет широкий спектр практического применения ком пенсаторов.

Существенными требованиями, предъявляемыми к таким устройствам, являются: плавность регулирования, высокое быстродействие, малые веса, габариты и потери энергии. Достижение компромисса в характеристиках компенсаторов может быть обеспечено за счет применения устройств силовой электроники и современных цифровых методов их управления. Регулирование энергии в таких устройствах осуществляется с помощью полупроводниковых ключевых элементов (тиристоров, транзисторов).

Применение полупроводниковых ключей в СКРМ приводит с одной стороны к дискретному регулированию реактивной мощности, с другой стороны к ухудшению качества регулируемой энергии за счет появления высокочастотных составляющих в кривой регулируемого реактивного тока компенсатора. Во многих случаях следствием этого является необходимость применения громоздких и дорогостоящих фильтров, ухудшение массогабаритных показателей устройства и увеличение потерь. Существуют различные подходы к построению силовых схем преобразователей электрической энергии„построенных на полупроводниковых ключевых элементах, и способы их управления. К основным подходам можно отнести применение методов широтно-импульсной модуляции и фазного управления ключевыми элементами преобразователей с целью формирования требуемой величины синусоидального реактивного тока. Главными недостатками таких подходов является наличие высокочастотных гармоник в кривой тока, низкое быстродействие устройства.

В представленной диссертации автором предложен оригинальный подход к построению СКРМ и регулированию величины их реактивного тока. В основу подхода положена идея регулирования реактивного тока за счет изменения величины реактивного сопротивления токоограничивающего элемента путем изменения топологии схемы компенсатора реактивной мощности с помощью управляемых ключей в фиксированные моменты времени. Как показывает проведенный автором анализ, предложенный подход позволит при сохранении установленной мощности и ограниченном количестве реактивных элементов устройства получить большое число дискретных уровней регулирования реактивной мощности, обеспечить синусоидальную форму реактивного тока устройства, устранить фильтры и обеспечить высокое быстродействие. Все эти обстоятельства обуславливают актуальность диссертационной работы Элгибали Ахмеда Элсайед Ибрагима, Диссертация изложена на 143 страницах, содержит 169 иллюстраций, 27 таблиц, состоит из титульного листа, оглавления, введения, 4 глав, заключения, списка литературы (56 позиций) и 1 приложения.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основные задачи исследований и выносимые на защиту научные положения, обоснованы научная и практическая значимость полученных результатов. В первой главе представлен обзор научных публикаций по теме диссертации. Описаны подходы к созданию устройств регулирования реактивной мощности, рассмотрены основные функции устройств, области применения, требования и характеристики применяемых аналогов. Установлены основные особенности и недостатки применяемых на сегодняшний день устройств регулирования реактивной мощности.

Сформулирована цель и задача диссертации. Раскрыта идея подхода, используемого для реализации поставленной цели. Отмечено, что основным подходом, используемым в диссертации, является разработка и исследование СКРМ на основе тиристорно- переключаемых схем. Рассмотрены различные типы тиристорно-переключаемых схем, использующих конденсаторы и реакторы для регулирования емкостного и индуктивного тока СКРМ. Поставлена и решена задача расчета величин реактивных элементов схемы с целью получения наиболее равномерного распределения уровней регулируемых мощностей. Предложены подходы к сравнению различных схем построения СКРМ по критериям суммарных максимальных установленных мощностей реактивных элементов и полупроводниковых ключей. Вторая глава посвящена разработке систем управления СКРМ, построенных на основе тиристорно-переключаемых схем.

Проведен анализ структуры построения систем управления СКРМ, реализующих фазовое управление реакторной группы. Сформулированы требования к новым функциональным блокам разрабатываемых систем управления. Рассмотрены особенности реализации алгоритмов управления конденсаторных и реакторных групп, входящих в состав СКРМ. Проведен анализ влияния параметров отдельных блоков на статические и динамические характеристики рассматриваемых СКРМ. Третья глава посвящена разработке математических моделей отдельных элементов и узлов СКРМ, а также математических моделей для анализа режимов работы СКРМ совместно с линией электропередачи. Рассмотрена задача моделирования СКРМ совместно с линией электропередачи в среде моделирования МАТ1 АВ/Я1МШ.1ХК.

Представлено описание разработанной имитационной модели силовой схемы СКРМ и ее системы управления, позволяющей исследовать работу СКРМ при компенсации реактивной мощности в линии электропередачи. Проведен анализ режимов работы СКРМ и линии электропередачи в статических и динамических режимах управления. Рассмотрено влияние параметров линии электропередачи и системы управления на статические и динамические характеристики СКРМ. Четвертая глава посвящена физическому моделированию СКРМ, построенных на базе тиристорно-переключаемых схем. Проведены экспериментальные исследования процессов работы реакторного блока СКРМ мощностью 20 квар, работающего от сети переменного напряжения 220 В.

Цель исследования заключалась в подтверждении основных положений и достоинств подходов к построению СКРМ на основе тиристорно-переключаемых схем: получение высокой дискретности регулирования уровней реактивной мощности при ограниченном количестве реактивных элементов в схеме СКРМ; - отсутствие высокочастотных гармоник в токе СКРМ во всем диапазоне регулирования реактивных мощностей; высокое быстродействие СКРМ, не превышающее одного периода питающего напряжения; - работоспособность разработанного программно-аппаратного обеспечения системы управления СКРМ. Также рассмотрена работа конденсаторного блока СКРМ в условиях динамически изменяющейся нагрузки. В качестве примера рассмотрен пуск асинхронного двигателя при компенсации реактивной мощности в сети с помощью СКРМ.

Приведены результаты расчетов режимов работы электрической сети в режимах пуска асинхронного двигателя при наличии и отсутствии СКРМ. Показано влияние СКРМ на компенсацию реактивной мощности сети в режимах динамически меняющихся нагрузок. В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. В приложении размещены копии актов об использовании результатов работы. Материалы диссертации изложены достаточно подробно и аргументировано. Достоверность результатов подтверждается корректным использованием аналитических методов, методов оптимизации, математического и компьютерного моделирования. Получение и обработка экспериментальных данных проводилась при помощи сертифицированного оборудования и прикладных программных пакетов.

В диссертационной работе сформулированы положения и результаты, выносимые на защиту: 1) СКРМ, построенные на базе тиристорно-переключаемых схем обеспечивают высокую дискретность регулировочной характеристики и отсутствие высших гармонических составляющих в регулируемом токе; 2) методика определения параметров реактивных элементов схем СКРМ, позволяющая получить максимально равномерное распределение дискретных уровней регулирования реактивной мощности во всем диапазоне регулировочной характеристики; 3) алгоритмы управления СКРМ реализуют управление током как индуктивного„так и емкостного характера при отсутствии высших гармонических составляющих; 4) имитационная модель СКРМ с системой управления, разработанная в стандартном программном пакете МАТЮКАВ ! Б1М1Л.ПЧК позволяет проводить исследования работы СКРМ в составе модели энергосистемы; 5) физическая модель силовой схемы и системы управления СКРМ позволяет проверять справедливость основных положений, разработанных в диссертации.

Результаты физического моделирования совпадают с результатами математического моделирования. Обоснованность научных положений, выводов и заключений диссертации подтверждается приведенными в главах 3 и 4 результатами теоретических и экспериментальных исследований. Научная новизна заключается в следующем: предложены подходы к построению СКРМ на основе тиристорно- переключаемых схем, обеспечивающих управление реактивной мощностью с отсутствием высокочастотных составляющих в кривой регулируемого тока; - предложен подход к расчету параметров реактивных элементов схем СКРМ, обеспечивающий максимально равномерное распределение регулируемых уровней реактивной мощности на их регулировочных характеристиках; разработаны критерии сравнения предложенных схем СКРМ по количеству уровней регулирования реактивной мощности, установленным мощностям реактивных элементов и ключей; разработаны и исследованы алгоритмы управления предложенными схемами СКРМ, учитывающие специфику электромагнитных процессов при управлении индуктивной и емкостной группами„входящих в СКРМ.

Практическая значимость заключается в следующем: предложен подход к сравнению СКРМ, построенных на основе тиристорно-переключаемых схем, по критериям суммарной установленной мощности реактивных элементов, полупроводниковых ключей, а также количеству уровней регулирования реактивной мощности; - показана возможность уменьшения установленных мощностей основных элементов силовых схем СКРМ за счет выбора количества уровней регулирования реактивной мощности, алгоритмов управления ключами; разработана имитационная модель СКРМ, построенных на базе тиристорно-переключаемых схем, с использованием стандартного программного пакета МАТ1.АВ / ЯМ1Л.ПЧК, позволяющая исследовать различные режимы работы СКРМ в составе энергосистемы; разработана физическая модель СКРМ и его системы управления, позволяющая исследовать физические процессы в СКРМ, построенных на основе тиристорно-переключаемых схем.