Диссертация (Обеспечение бесперебойной работы частотно-регулируемого электропривода при провалах напряжения в распределительной сети предприятия), страница 6

В частности рассматривается применение активного выпрямителянапряжения, для нормальной работы которого необходимо поддерживатьнапряжение ЗПТ выше амплитуды линейного напряжения [23]. Помимо этогоактивные выпрямители поддерживают входные токи синусоидальными, чтозначительно снижает влияние электропривода на качество электроэнергии.Для поддержания постоянства напряжения в ЗПТ во время проваланапряжения может быть использовано устройство из семейства повышающихпреобразователей (boost converters) [54, 71, 87].

Преобразователь включается вразрыв между выпрямителем и инвертором. Система автоматического управленияпри достаточной мощности источника поддерживает выходное напряжениепреобразователя на уровне задания и нивелирует влияние на него колебанийвходного напряжения. Применение его может быть эффективным в случае, еслиувеличенное потребление тока не приведет к увеличению падения напряжения всети и снижению напряжения на входе выпрямителя. Постоянная работапреобразователей такого типа снижает коэффициент полезного действия звенапостоянного тока из-за дополнительных потерь в дросселях и ключах, входящих всоставпреобразователя.Всвязисэтимпредлагаетсяиспользоватьпреобразователь только во время провалов напряжения [103].

К этому же классуспособов преодоления провалов напряжения силами электропривода можноотнести использование инверторов с особым строением звена постоянного тока(например Z-инвертор)[74].Кроме дополнения звена постоянного тока преобразователями предлагаетсяиспользоватьдополнительныенакопителиэлектроэнергии[103,12,28],устанавливаемые параллельно конденсатору ЗПТ. В качестве накопителей28рассматриваютсяАБ,суперконденсаторыисверхпроводящиекатушкииндуктивности, и поддерживающие работу электропривода во время провалов ипрерываний напряжения.В работе [17] рассмотрена работа частотно-регулируемого асинхронногоэлектропривода в режиме ослабленного поля. Установлено, что при снижениинапряжения в звене постоянного тока, сужается область регулированияэлектропривода, ограниченная максимально допустимым током инвертора иэллипсом, определяющим границы регулирования тока статора по величиненапряжения ЗПТ.

Так как большая полуось эллипса, сориентирована внаправлении оси q-компоненты тока статора, а кривая постоянного моментапредставляет собой гиперболу, то при снижении напряжения звена постоянноготока момент на нагрузке может поддерживаться на номинальном уровне приуменьшении величины d-составляющей тока статора. Соответственно, и ослабляяпотокосцепление ротора и увеличивая величину q-составляющей тока статораможно поддерживать требуемый электромагнитный момент при снижениинапряжения ЗПТ.

Такой режим называется режимом ослабленного поля.В случаях, когда снижение напряжения ЗПТ делает невозможнымподдержание режима работы приводного механизма, следует, если это возможнопо условиям работы установки, снизить мощность на валу двигателя, а,следовательно, и мощность, потребляемую электроприводом. Реализуется этопутем снижения заданной скорости вращения. В том случае, если в движениеприводится насос, компрессор, вентилятор или другой механизм, моментсопротивления которого пропорционален квадрату частоты вращения, даженезначительное снижение скорости ведет к значительному уменьшениюмощности на валу двигателя. При этом отток энергии из звена постоянного токаснижается и его напряжение стабилизируется, что позволяет установке успешнопреодолеть провал напряжения [44].Если снижение напряжения ЗПТ не позволяет перейти в режимослабленного поля, а условия работы приводного механизма не позволяют29снизить мощность потребляемую приводом, поддержание работоспособностиприводного механизма невозможно.

Однако в этом случае можно снизить времязапуска электропривода при восстановлении питания, а также уменьшитьпусковые токи. Для этого рекомендуется поддерживать выбег двигателя ссохранением его управляемости [29]. В обмотках статора при этом долженформироватьсяминимальныйток,апотериэнергии,повозможностиобеспечиваться рекуперация кинетической энергии, запасенной вращающимисячастямимеханизма.Этимерыобеспечатминимизациюпотребленияэлектроэнергии, и сохранят заряд в ЗПТ для повторного запуска.Извсехописанныхспособовпреодоленияпроваловнапряжениянаибольший интерес вызывают те, что не требуют установки дополнительногооборудования ни на уровне электрической сети ни на уровне отдельногоэлектропривода. В группу способов, позволяющих полностью или частичносохранить работоспособность приводного механизма в условиях проваланапряжения собственными силами электропривода, входят снижение мощностиприводной установки, переход в режим рекуперации, перевод двигателя в режимослабленного поля.

Однако, для того, чтобы перевести электропривод в любой изперечисленных режимов работы необходимо знать динамику изменениянапряжения звена постоянного тока при провале напряжения, что требует данныхо типе и глубине провала напряжения.Также актуальным является решение проблемы поддержания напряженияЗПТ с помощью активного выпрямителя.

Система управления АВ, однако,требует внесения корректировок в несимметричных режимах, к которымотносится 80% провалов напряжения [88]. Корректировка задания АВНпроизводится с учетом известных данных о напряжении сети, поэтому далеерассмотрим известные способы определения параметров провалов напряжения.1.7 Методы регистрации провалов напряженияКак было показано в предыдущем разделе, электропривод способенпреодолевать кратковременные провалы напряжения собственными силами,30однако для этого необходимо своевременно (до снижения напряжения ЗПТ нижеуставки РПН, что обычно составляет от 1 до 2 периодов питающего напряжения[17]) определить его начало и глубину. Поэтому вопрос выбора способаопределения начала провала напряжения, а также его параметров являетсякритически важным.Обычнымрешениемэтойзадачиявляетсярегистрацияпроваловнапряжения по понижению действующего значения напряжения в одной из фаз.Действующее значение или среднеквадратичное значение напряжения за периодопределяется формулой:U1T2 u (t ) dt ,T0(1.2)где u(t) – функция, описывающая изменение мгновенного значениянапряжения.При анализе реальных данных, полученных от цифровых измерителей,переходят от интеграла к сумме [79].

При этом усреднение выполняют на массиведанных, соответствующем длительности периода напряжения. МЭК в стандарте№61000-4-30рекомендуетобновлятьопределенноенаполномпериодедействующее значение напряжения по данным о половине периода питающегонапряжения, поэтому для определения провала напряжения описываемымспособом требуется от 10 мс.Для прогноза и определения глубины провалов напряжения предлагалсяметод, основанный на анализе топологии распределительной сети и определенияглубиныпровалаэлектропередачинапряженияипорассчитанныхданнымтокахопротяженностикороткогозамыкания.линииЛюбойраспределительной сети при этом соответствует таблица в которой обозначеноснижается или нет напряжение в некоторой точке сети при возникновении КЗ вдругой его точке до критического уровня или нет.

Критическим напряжением вэтом случае называется такое действующее значение напряжения, при сохранениикоторого в некоторой точке сети электрооборудование, присоединенное к этой31точке, сохраняет работоспособность. Таким образом, при регистрации короткогозамыкания на некотором участке сети по имеющимся расчетным даннымпринимаются меры по аварийному отключению или переходу на резервноепитание оборудования во всей остальной системе электроснабжения [42, 47, 73].Недостатком такого метода является необходимость обновления табличныхданных при изменении конфигурации сети, например, в случае автоматическоговводе резерва, расчеты могут содержать ошибку если параметры линийэлектропередачи определены не точно.

Также следует отметить, что способэффективен для симметричных трехфазных провалов напряжения, но непоказывает хороших результатов при работе с несимметричными проваламинапряжения, которые составляют 90% от всех регистрируемых проваловнапряжения.Преобразование Фурье используется для представления функции временифункцией частоты, на чем основан частотный анализ. После получения частотнойхарактеристики сигнала выполняется вычисление действующего значениянапряженияпоамплитудепервойгармоникинапряженияилисреднеквадратичному значению совокупности гармоник малой частоты, чтопозволяет определять провалы напряжения быстрее, чем при классическомрасчете среднеквадратичного значения. Преобразование Фурье хорошо известно,легко реализуются различными алгоритмами, как цифровыми, так и аналоговыми[78, 79, 5], однако у него имеются некоторые недостатки.

Важнейшим из нихявляется то, что в классическом виде описываемое преобразование даетадекватные результаты только при анализе установившихся состояний, поэтомуего затруднительно использовать для анализа явлений, снижающих качествоэлектроэнергии, сопровождающихся переходными процессами, таких, какпровалы напряжения.Для преодоления этого ограничения используется усовершенствованныйметод,основанныйнаклассическомпреобразованиииназываемыйпреобразование Фурье для коротких отрезков времени (short time Fourier32transformation). Для выполнения этого преобразования, анализируемый массивданных разбивается на отдельные фрагменты.

Сигнал считается установившимсяв течение каждого из полученных отрезков времени, это позволяет применить ккаждому из них быстрое преобразование Фурье. Для достижения хорошегоразрешения спектр сигнала анализируется с использованием различных оконныхфункций [61, 64].Для идентификации провалов напряжения также применяется фильтрКальмана [41]. Дискретный алгоритм использует математическую модельсигнала, основанную на предположении о том, что фазное напряжение в каждыймомент времени определяется как линейная комбинация вектора гармоническихсоставляющих и вектора ошибки измерения напряжения. sin( wnt )  cos(wnt ) zk [n]  H k[n]U k [n]  errk [n]  ... sin( mwnt ) cos(mwnt )T U11 U  21  ...