Регулятор качества электроэнергии с расширенной областью функциональных возможностей

• Автор: Кваснюк, Антон Александрович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И СПОСОБЫ ЕГО УЛУЧШЕНИЯ

1Л Показатели качества электроэнергии и требования предъявляемые к ним

1.2. Причины и последствия ухудшения качества электроэнергии

1.3. Устройства, предназначенные для улучшения качества электроэнергии

ГЛАВА II АНАЛИЗ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЕГУЛЯТОРА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЕГО СИЛОВОЙ ЧАСТИ

2.1 Устройство и принцип действия регулятора качества электроэнергии

2.2. Анализ установившихся режимов работы

2.3. Методика проектирования силовой части регулятора качества электроэнергии

ГЛАВА III РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ.
3.1. Разработка алгоритма управления регулятором качества электроэнергии
3.2. Определение передаточной функции системы, анализ устойчивости и качества регулирования
3.3. Выбор алгоритма управления четырехквадрантными преобразователем
ГЛАВА IV МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЕГУЛЯТОРА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
4.1. Математическое моделирование
4.2. Физическое моделирование
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Нормальная работа потребителей электроэнергии и выполнение возложенных на них функций зависит от совокупности характеристик потребляемой ими электроэнергии, которые определяют ее качество.
Последствия ухудшения качества электроэнергии могут проявляться в виде технологического (порча и ухудшении качества продукции, расстройстве технологических процессов, снижении производительности механизмов) и электромагнитного (снижение эффективности процессов генерации и передачи электроэнергии, нарушение нормальной работы, уменьшение срока службы и выход из строя электрооборудования, нарушении работы телемеханики, автоматики, связи) ущерба.
Благодаря широкому распространению электроэнергии проблема ее качества приобрела большое значение.
Она усугубилась вместе с развитием и широким внедрением на производстве силовых электронных преобразователей. Это связано с их негативным влиянием на сеть, которое проявляется в основном в виде увеличения реактивной мощности и мощности искажения. Причиной этого является импульсный характер процессов преобразования электроэнергии посредством ключевых элементов.
Комплекс указанных причин побудил развитые страны разработать и принять многочисленные программы энергосбережения, а также стандарты с жесткими требованиями к качеству электроэнергии, в которых в том числе ограничивается уровень гармонических составляющих тока, создаваемых нелинейными потребителями.
Для улучшения качества электроэнергии традиционно используются тиристорные стабилизаторы, конденсаторные батареи, синхронные генераторы и пассивные фильтры.

Кроме этого получили распространение АБП и регуляторы качества электроэнергии *, которые, как правило, имеют несколько функций. Обладая определенными недостатками, эти устройства не позволяют в ряде случаев эффективно решать возложенные на них задачи.
Новая элементная база силовой электроники, появившаяся в 90-х годах XX века, позволила создавать эффективные преобразователи переменного/постоянного тока, работающих в 4-х квадрантах комплексной плоскости параметров на стороне переменного тока. Это позволяет управлять потоками электроэнергии в любом направлении по заданному закону. При подключении накопителей энергии к преобразователю со стороны постоянного тока становится возможным осуществлять обмен реактивной мощностью, включающей мощность высших гармоник между сетью переменного тока и накопителем. Эта схема лежит в основе наиболее эффективных и перспективных методов регулирования качества электроэнергии, которые были применены при создании активных и гибридных фильтров, предназначенных для устранения искажений тока или напряжения.
Современные методы активной фильтрации и компенсации неактивной мощности были успешно использованы для решения других задач, связанных с обеспечением качества электроэнергии. Например, стабилизации напряжения и др. Так, с учетом возможностей активного фильтра был разработан регулятор качества электроэнергии нового поколения, что нашло свое отражение в работах Розанова Ю.К., Рябчицкого М.В., Алферова Н.Г, и др.
Это устройство является одним из самых перспективных на сегодняшний день, поскольку в отличие от других, выполняющих те же функции, использует однократное преобразование энергии с загрузкой силовой части регулятора пропорционально ухудшению качества электроэнергии.
* За рубежом получил распространение термин «power conditioner» - кондиционер сети.
При активной нагрузке и высоком качестве электроэнергии преобразователи вообще не работают. Однако это устройство не лишено недостатков АБП типа Off-line, в частности имеет перерыв в питании нагрузки при переходе на автономную работу.
Рис. 1.13. АБП с "дельта преобразованием"
Перспективным устройством, выполняющим функцию стабилизации напряжения на нагрузке с одновременной фильтрацией тока нагрузки, является регулятор качества электроэнергии [6, 52-62]. В отличие от всех других технических решений, выполняющих те же функции, он использует один силовой каскад с прямым однократным преобразованием электроэнергии.
Регулятор качества электроэнергии состоит из параллельного активного фильтра (АФ) и дросселя Ь (рис. 1.14). Активный фильтр кроме функции фильтрации токов высших гармоник нагрузки выполняет дополнительную функцию регулирования реактивной мощности первой гармоники. В более широком смысле этот элемент можно считать регулятором полной реактивной мощности, включая мощность основной гармоники и мощность искажений. При этом АФ способен, с одной стороны, скомпенсировать реактивную мощность нагрузки, а с другой стороны, создать поток реактивной мощности в сеть. Таким образом, активный элемент регулирует величину и характер реактивного тока через дроссель Ь.