Диссертация (Обеспечение бесперебойной работы частотно-регулируемого электропривода при провалах напряжения в распределительной сети предприятия), страница 7

  errk [n] ,U1m U 2 m (1.3)где zk – матрица Кальмана, Hk – матрица гармонических составляющих, Uk –матрица амплитуд гармоник, errk – матрица ошибки, n – номер итерации, m –порядок гармоники.Суть работы алгоритма заключается в том, чтобы итерационным путемизменять амплитуды гармонических составляющих, до тех пор, пока векторошибки не примет нулевые значения.Стоит отметить, что для вычисления параметров напряжения прииспользовании фильтра Кальмана требуется небольшое количество начальныхданных, что делает его эффективным для идентификации провалов напряжения.Показано, что скорость определения действующего значения напряженияпредлагаемым методом составляет менее 5 мс [58].Для очень быстрого (до 2 мс) определения наличия и глубины проваланапряжения в каждой из фаз применяется метод, основанный на разделениисигнала на отдельные частотные диапазоны (низкочастотные составляющие и33высокочастотные составляющие).

Достигается это сверткой по некоторойбазисной функции или материнской вейвлет (Wavelet) функции ψв(t) [68, 86, 7].Пусть имеется некоторая функция времени x(t), тогда вейвлет-преобразованиеWT(a,τ) этой функции определяется выражением:WT (a, b) 1 t b x(t ) в dt ,a  a (1.4)где а – параметр сдвига, или шаг сдвига не равный нулю, b – постоянная,выбираемая так, чтобы a и b представляли ортонормированный базис.Установлено также, что корень квадратный из энергии спектра сигнала вчастотномокненакоторомпроисходитвейвлет-преобразованиеεв,нормированный по некоторой энергии Eнорм соответствующей некоторомудействующему значения напряжения Uнорм, имеет практически сто процентнуюкорреляцию с действующим значением напряжения U, нормированным по той-жевеличине Uнорм:UU нормвEнорм,(1.5)что позволяет определить действующее значение напряжения при известнойплотности энергии спектра, полученного при вейвлет преобразовании [50].К недостатком рассмотренного способа можно отнести то, что вычислениедолжно производится для каждой фазы по отдельности, что либо снижаетскорость вычислений, либо ведет к увеличению вычислительных мощностей.Известны численные методы определения типа провала напряжения, атакжепараметровпрямойиобратнойпоследовательностинапряженийтрехфазной сети на основе анализа годографа обобщенного вектора напряжениясети [39, 50, 84, 88].

Методы позволяют по трем и более значениям напряженийтрех фаз, определить параметры годографа обобщенного вектора, которыенапрямую связаны с величинами прямой и обратной последовательностинапряжений сети. Среди них, следует выделить метод определения параметровгодографа обобщенного вектора напряжения, так как быстродействием он не34уступает вейвлет алгоритмам, и выполняет вычисление трех напряжений сетиодновременно. Недостаток метода заключается в его неспособности определятькомпоненту нулевой последовательности, поэтому точно метод способенопределить только линейные напряжения.Анализ существующих методов идентификации провалов напряженияпоказал, что предлагаемые в литературе методы позволяют точно определятьснижение напряжения за миллисекунды, что позволяет применять их длярегистрации провала напряжения и определения его глубины до разряданакопителя в звене постоянного тока, чтобы выбрать стратегию управленияэлектроприводом, позволяющую преодолеть провал напряжения с сохранениемрежима работы приводного механизма.При выборе способа определения провалов напряжения, учитывалисьточность определения его параметров и быстродействие способа, наиболееважные параметры в контексте решаемой задачи.

Из рассмотренных в разделеспособов, эти качества совмещают в себе совмещают в себе вейвлет анализ испособ определения компонент прямой и обратной последовательностейнапряжения по параметрам годографа обобщенного вектора напряжения сети.Для определения параметров провалов напряжения был выбран последний, таккак недостатки этого способа нивелируются условиями решаемой задачи (чтобудет показано в последующих главах).1.8 Цель и задачи исследованияНа основе анализа, приведенного выше, были сформулированы цель изадачи исследования. Повышение эффективности работы электротехническогокомплекса частотно-регулируемого электропривода путем обоснованного выбораалгоритмов управления приводом в режиме провала напряжения. Для выполненияэтой цели следует решить следующие задачи:1.Анализ практики и обобщение передового опыта по определениюпараметров напряжения сети при провалах напряжения, сравнительная оценка35известных способов решения задачи по быстродействию, требуемому количествуисходных данных и точности определяемых параметров.2.Разработка алгоритма предиктивного определения параметров напряженияЗПТ ЧРП с пассивным выпрямителем на основе наименьшего количестваизмерений питающего напряжений.3.КомпьютерноемоделированиеработыЧРПснеуправляемымвыпрямителем для определения динамики изменения напряжения ЗПТ припровалах напряжения различных типов и оценки точности работы предлагаемогоалгоритма.4.Оценка точности вычислений параметров напряжениях ЗПТ путемсравненияихсвеличинами,измеренныминанатурноймодели,приискусственном создании в сети провалов напряжения различной глубины.5.Исследование работы электропривода, включающего в свой состав АВнапряжения для определения влияния на его работу несимметричных проваловнапряжения различного типа.6.Разработка системы управления АВ, учитывающей параметры напряжениясети и сравнение влияния преобразователя на сеть при работе с классическойсистемой управления и с предложенной в условиях провала напряжения.36Выводы по Главе 11.Проблема провалов напряжения остается актуальной, несмотря на большоеколичество работ посвященных ее решению.

Из представленных в главе примероввлияния этого явления на технологическое оборудование и приведеннойстатистики понятно, что провалы напряжения могут вызывать аварийнуюостановку частотно-регулируемого электропривода мощностью от десятков исотен киловатт до десятков мегаватт, если их длительность превышает 50миллисекунд, а глубина превышает 20%. Согласно представленной в главестатистике под эти условия попадает 80% случающихся в действующихэнергосистемах провалов напряжения.2.Анализ средств и способов борьбы с провалами напряжения показал, чтосуществует ряд способов преодоления провалов напряжения собственнымисредствами электропривода с сохранением режима работы приводного механизма(использование активного выпрямителя в составе электропривода, работа приводав режиме ослабленного поля), с поддержанием работы электропривода исниженным потреблением мощности и перевод двигателя в режим выбега срекуперацией кинетической энергии механизма.3.Способы преодоления провалов напряжения собственными средствамиэлектропривода целесообразны, так как не требуют применения дополнительногооборудования ни в системе электроснабжения, ни в системе электропривода(исключением является замена в структуре привода пассивного выпрямителяактивным).4.Применениеописанныхспособовтребуетмаксимальнобыстройрегистрации провала напряжения и определения его параметров.

Анализизвестных способов регистрации провалов напряжения показал, что способ,основанный на определении параметров годографа обобщенного векторанапряжения сети, наиболее удобен для определения величин питающегонапряжения при их мгновенном изменении.5.В главе сформированы цели и задачи исследования.37ГЛАВА 2 НЕСИММЕТРИЧНЫЕ РЕЖИМЫ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ ИОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ПАРАМЕТРОВВ главе 2 электрические величины трехфазной сети рассматриваются каквекторы в стационарных и вращающихся плоских системах координат, так какэтот подход используется в алгоритме определения параметров проваловнапряжения, выбранном в предыдущей главе. Поэтому первые разделы настоящейглавы посвящены описанию преобразований координат обобщенных векторов изодной системы координат в другую и их свойств.Структурно главу можно разделить на две части.

В первой, на основаниисвойств обобщенных векторов в несимметричных режимах разрабатываютсятеоретические положения, с опорой на которые ведется повествование вдальнейших главах. К ним следует отнести: критерии формирования векторатоков для достижения постоянства потока мощности в несимметричномсинусоидальном режиме; разработанный способ определения частоты питающегонапряжения с использованием параметров годографа обобщенного векторанапряжения;усовершенствованиеитерационногоалгоритмаопределенияпараметров годографа обобщенного вектора напряжения путем введениякритерия заданной ошибки определения частоты; способ перехода от годографаобобщенного вектора напряжений трехфазной сети к линейным напряжениям.Во второй части главы рассматривается использование разработанногоалгоритма для обработки экспериментальных данных.

Массивы мгновенныхзначений напряжений сети были зафиксированы в различных несимметричныхрежимах работы трехфазной сети. Собранные таким образом данные подавалисьна вход усовершенствованного алгоритма, чтобы оценить точность и скорость егоработы. Результаты обработки данных алгоритмом подробно описаны впоследних разделах главы.2.1 Обобщенные векторы трехфазной сетиДля дальнейшего анализа работы трехфазной сети в условиях проваланапряжения перейдемк представлениюэлектрическихвеличинв виде38обобщенных векторов в различных системах координат (СК).

Такой переходчастоприменяетсявсистемахуправленияэлектроприводом[55,81],устройствами компенсации реактивной мощности [43, 45, 56, 82, 90, 94] и высшихгармоник [32, 34, 35, 46, 66, 75, 92, 97], при синхронизации возобновляемыхисточников энергии с сетями переменного тока [63, 67, 76, 80, 91].Базовым в таком подходе к описанию работы электротехнических систем икомплексов является представление мгновенных значений электрических величинв виде обобщенных векторов [57]. В случае трехпроводных устройств (к которымотносится асинхронный электропривод) адекватные графические интерпретацииобобщенныхвекторовможноизобразитьвплоскостинедекартовой,стационарной СК, обозначаемой abc, три оси которой расположены под углом120° друг к другу.

По осям этой СК откладываются мгновенные значенияэлектрических величин. Так как СК abc является плоской, то для упрощенияопераций с векторами, можно совершить переход к двухмерной СК, обозначаемойαβ с помощью преобразования Кларка [33] (уравнение 2.1).Рисунок 2.1 – Трехфазная и двухфазная системы координат обобщенного векторатрехпроводной сетиНа рисунке 2.1 в трехмерной и двухмерной системах координат изображеннекоторый обобщенный вектор V . Координаты вектора в СК abc обозначены va,vb и vc соответственно, координаты вектора в СК αβ обозначены vα и vβсоответственно.3911  v 1 a v  2 22 vb  .v   333 0 v 22  c (2.1)Помимо преобразования, представленного выше, часто применяетсяпереход к повернутой на некоторый угол, относительно оси α, или все времявращающейся декартовой системе координат.