Повышение эффективности электроприводов газоперекачивающих агрегатов на базе высоковольтных преобразователей частоты

• Автор: Кудрявцев, Александр Витальевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТИПЫ ПРИВОДОВ ГПА. СТРУКТУРА ВВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ
1 Л. Общая характеристика системы транспорта газа
1.2. Преимущества частотно-регулируемого электропривода
1.3. Структура и элементная база ВВ преобразователей
1.4. Топология многоуровневых преобразователей
1.4.1. Двухуровневый инвертор напряжения
1.4.2. Схема с фиксирующими диодами
1.4.3. Каскадные Н-мостовые преобразователи
1.4.4. Схема с переключаемыми конденсаторами
1.5. Выводы по главе
2. МОДЕЛЬ ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВОГО ИНВЕРТОРА. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ШИМ
2.1. Структура четырехуровневого инвертора напряжения с переключаемыми конденсаторами
2.2. Процесс формирования четырехуровневого напряжения
2.3. Компьютерное моделирование четырехуровневого инвертора напряжения с переключаемыми конденсаторами
2.4. Сравнение результатов моделирования с результатами экспериментального исследования опытного образца
2.5. Исследование баланса напряжений на переключаемых конденсаторах в статическом режиме работы. Обоснование метода ШИМ
2.6. Выводы по главе
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА БАЛАНСИРОВКИ НАПРЯЖЕНИЙ НА КОНДЕНСАТОРАХ
3.1. Методы описания динамических процессов
3.1.1. Анализ в частотной области
3.1.2. Анализ во временной области

3.2. Динамика напряжений на переключаемых конденсаторах
3.3. Устранение небаланса напряжений с помощью балансового фильтра
3.4. Стабилизация сбалансированного режима ПЧ на основе коррекции зарядных и разрядных процессов в конденсаторах
3.5. Выводы по главе
4. ПОСТРОЕНА НАБЛЮДАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫХ КОНДЕНСАТОРАХ
4.1. Общая структура наблюдателя
4.2. Определение напряжений на конденсаторах по измеренному напряжению инвертора
4.3. Определение фазных напряжений асинхронного двигателя по значениям статорных токов
4.4. Результаты моделирования
4.5. Выводы по главе
5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ НА ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫХ КОНДЕНСАТОРАХ В СОСТАВЕ ЭЛЕКТРОПРИВ ОДНОГО ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА
5.1 Состав газоперекачивающего агрегата с частотно-регулируемым электроприводом
5.2 Сохранение работоспособности привода при провалах напряжения
сети
5.3. Выводы по главе
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение 1. Программа управления ключами на языке С++

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность: Электротехнический комплекс систем
транспортировки газа мощностью от нескольких мегаватт до десятков мегаватт включает высокоскоростной газоперекачивающий агрегат (ГПА), привод, систему электроснабжения, систему управления. В связи с необходимостью снижения потерь энергии, повышения точности управления агрегатами, снижения выбросов вредных веществ актуальным является переход от газотурбинных приводов ГПА к частотно-регулируемому высоковольтному (ВВ) электроприводу. Реализация преимуществ частотнорегулируемых приводов (ЧРП) зависит от структуры и характеристик преобразователей частоты (ПЧ), которые предопределяют гармонический состав напряжения и тока в обмотках приводного двигателя, потери в меди и стали, пульсации электромагнитного момента, а также влияние привода на сеть. В связи с ограниченными значениями рабочих напряжений быстродействующих элементов силовой электроники ВВ преобразователи должны выполняться по многоуровневым схемам. Наиболее перспективной является структура на ЮВТ/ЮСТ модулях и переключаемых (плавающих) конденсаторах. Эту структуру отличает отсутствие фиксирующих диодов, равномерное распределение потерь в элементах, возможность непосредственного подключения к сети без согласующего трансформатора через обратный инвертор и др. Несмотря на значительный объем исследований в этом направлении, остается нерешенным ряд задач, препятствующих широкому использованию подобных преобразователей в ВВ электроприводах. К таким задачам относится вопрос обеспечения эффективного режима функционирования преобразователя в условиях разброса его параметров и возмущений со стороны электропривода и сети. Поэтому тема исследований, направленных на повышение эффективности ВВ электропривода газоперекачивающих агрегатов на базе многоуровневого ПЧ является актуальной.

1.4.4. Схема с переключаемыми конденсаторами. Схема многоуровневого преобразователя с переключаемыми (плавающими) конденсаторами FC (flying capacitor converter) (рис. 1.14) является одной из перспективных топологий построения многоуровневых инверторов [37, 42, 44, 48, 50, 51, 55, 56, 72, 82]. Она основана на последовательном соединении ячеек, состоящих их двух силовых ключей и одного переключаемого конденсатора.
Характерная для каскадного преобразователя модульность, т.е. построение на базе соединения определённого числа идентичных элементов, применима и для инвертора с переключаемыми конденсаторами. В отличие от каскадного преобразователя данный тип инвертора требует единственного источника питания, а количество обмоток входного трансформатора определяется только выбранной схемой выпрямительного устройства. Это значительно облегчает технологию изготовления согласующего трансформатора.

Рис.1.14. Одна фаза N-уровневого инвертора с переключаемыми конденсаторами