Активный вольтодобавочный компенсатор нелинейных искажений напряжения судовой сети

• Автор: Лебедев, Василий Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В АВТОНОМНЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ (АЭЭС), СПОСОБЫ ИХ
ОЦЕНКИ И СНИЖЕНИЯ
1Л. Причины возникновения нелинейных искажений напряжения и
их негативное влияние на работу элементов АЭЭС
1.2. Способы оценки величины коэффициента нелинейных искажений
1.3. Анализ существующих способов и устройств снижения КНИ
1.4. Выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (СЭЭС) С УСТРОЙСТВОМ КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ НА БАЗЕ ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ (ВДУ)
2.1. Математическое описание принципа вольтодобавки при компенсации нелинейных искажений напряжения
2.2 Математическое описание дизеля
2.3 Математическое описание генератора
2.4 Математическое описание вольтодобавочного устройства
2.5 Варианты построения систем компенсации нелинейных
искажений напряжения в СЭЭС
2.6. Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЭЭС С
ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫМ КОМПЕНСАТОРОМ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ
3.1. Разработка устройства выделения сигнала суммы высших
гармоник (УВССВГ) напряжения сети

3.1.1 Анализ вариантов реализации устройства выделения сигнала
суммы высших гармоник напряжения сети
3.1.2 Устройство выделения сигнала суммы высших гармоник напряжения на базе полосового фильтра сетевой частоты
3.1.3 Моделирование устройства выделения сигнала суммы высших гармоник на базе полосового фильтра сетевой частоты
3.2 Оценка частотных свойств вольтодобавочного трансформатора
3.3. Моделирование СЭЭС с вольтодобавочным компенсатором
нелинейных искажений напряжения
3.4 Выводы
4. ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ И
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ
4.1 Разработка силовой схемы активного вольтодобавочного компенсатора мощностью 3x5 кВт
4.2 Исследование частотных свойств вольтодобавочного трансформатора
4.3 Варианты практической реализации устройства выделения сигнала суммы высших гармоник напряжения и ШИМ-контроллера
4.4 Оценка экономической эффективности
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы:
Обеспечение качества электроэнергии в питающих сетях на сегодняшний день является актуальной проблемой [1-3, 9, 16, 17, 19, 40, 59, 62, 76, 82]. Особенно это касается автономных электростанций, к которым относятся судовые электроэнергетические системы - СЭЭС. Опыт их эксплуатации показывает, что задача поддержания надлежащего уровня напряжения и частоты на шинах ГРЩ как в статических, так и в динамических режимах, а также величин коэффициентов несимметрии, модуляции и пульсации напряжений решается в современных системах с достаточным запасом. Однако этого нельзя сказать о таком показателе качества, как коэффициент нелинейных искажений напряжения, который показывает, насколько фактическая форма напряжения отличается от синусоидальной. Искажение формы питающего напряжения связано с наличием в составе СЭЭС нелинейных потребителей, к которым относятся управляемые и неуправляемые выпрямители, преобразователи частоты, светотехническое оборудование и др. Статические преобразователи на судах используются для питания электродвигателей гребной электрической установки (ГЭУ), судовых электроприводов, технологических механизмов и оборудования, систем катодной защиты и др.
Мощность таких потребителей зачастую соизмерима с мощностью генераторов судовой электростанции, что свойственно судам с ГЭУ и судам технического флота.
Потребление нелинейными приемниками несинусоидального тока приводит к генерации в сеть высших гармоник тока, создающих на импедансах сети падения напряжения, которые искажают форму напряжения сети. Степень искажения напряжения СЭЭС определяется мощностью

Поскольку генератор оснащен автоматической системой регулирования возбуждения, то напряжение на его зажимах в установившемся режиме будет равно номинальному при изменении величины, характера и соотношения линейных и нелинейных нагрузок.
Схема замещения СЭЭС для высших гармоник будет иметь вид, представленный на рис. 2.3:

' ВДІ ЛЛЛ/
Т X ВХІ

Рис. 2.3 Схема замещения СЭЭС для высших гармоник.
Для высших гармоник тока индуктивное сопротивление элементов схемы определяется как Х1 = Х1 ■ г, где г - номер гармоники. Линейную нагрузку представим индуктивным сопротивлением Хлш. Тогда включенные параллельно Хп и ХЛщ можно заменить на эквивалентное внешнее индуктивное сопротивление:

X п ' ХЛНІ Хп + ХЛИІ
Ток і-й гармоники определяется выражением:
еі “ V ВДІ

Хэкт + ХВХі
(2.2)
откуда:
Е: - 11 в да
и і - її ■ XЖВІ = — —— X ЖВІ. (2.3)
Л ЖВІ + л ВХі