Оптимизация параметров элементов систем электропитания, построенных на базе трансформаторно-тиристорных модулей силовой электроники

• Автор: Гарбуз, Евгений Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 224 с. : ил

Содержание
Введение
ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМНИКОВ ЭНЕРГИИ

1.1. Обзор существующих систем индивидуального питания

1.1.1. Системы питания для печей индукционного

нагрева промышленной частоты

1.1.2. Системы питания для электролизных установок в цветной металлургии

1.2. Задачи оптимизации систем питания нового поколения

1.2.1. Электромагнитная совместимость и поиск оптимальных алгоритмов управления

1.2.2. Интегрированное использование элементов

1.2.3. Оптимизация диапазонов регулирования параметров

электроэнергии путем модульного построения систем питания
1.2.4. Ресурсо- и энергосбережение за счет исключения из схем питания симметрирующих реакторов, специальных трансформаторов и других элементов с низким КПД
1.2.5. Новые задачи оптимизации элементов систем питания
и управления ими
1.2.6. Ресурсо- и энергосбережение при переходе .к оптимальным электротехнологическим процессам
1.2.7. Области применения ТТМ и трансформаторно-тиристорно-контактных модулей (ТТКМ)
1.3. Целевая функция для поиска оптимальных удельных затрат ресурсов, необходимых для изготовления системы литания и удельных потерь электроэнергии в процессе ее эксплуатации
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРНО-ТИРИСТОРНОГО МОДУЛЯ И РАЗРАБОТКА ИНФОРМАТИВНОЙ ОСНОВЫ ДЛЯ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ЕГО РАБОТЫ
2.1. Электрическая схема замещения
2.2. Математическая модель
2.3. Пример использования математической модели для
исследования режимов работы ТТМ
2.4. База данных по стационарным режимам работы ТТМ
2.5. Методика определения коэффициентов
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИСТЕМ ПИТАНИЯ И РАЗРАБОТКА ИНФОРМАТИВНОЙ ОСНОВЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ С ПИТАЮЩЕЙ СЕТЬЮ
3.1. Электромагнитные процессы в динамических, пусковых и
аварийных режимах работы ТТМ
3.2. Математическая модель для исследования динамических, пусковых и аварийных режимов работы ТТМ
3.2.1. Основные допущения
3.2.2. Математическая модель
3.2.3. Практическая реализация математической модели для исследования динамических, пусковых и аварийных режимов работы ТТМ
3.2.4. Программный комплекс КЛЮЧ
3.3. Алгоритмы перевода ТТМ в различные стационарные режимы работы
3.3.1. Одноэтапные алгоритмы
3.3.2. Двухэтапные алгоритмы
3.3.4. База данных по алгоритмам перевода ТТМ в различные стационарные режимы работы
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, ПОСТРОЕННЫХ НА БАЗЕ ТРАНСФОРМАТОРНОТИРИСТОРНЫХ МОДУЛЕЙ
4.1. Функциональная схема стабилизатора переменного напряжения для однофазной нагрузки
4.2. Исходные данные и постановка задачи оптимизации
4.3. Целевая функция и алгоритм оптимизации
4.4. Графические и табличные данные зависимостей оптимизируемых параметров от величины напряжения питающей сети и коэффициента мощности нагрузки
4.5. Влияние сопротивления питающей сети на оптимизируемые параметры.,
4.6. Методика оптимизации параметров системы питания
4.7. Технико-экономическое сравнение предлагаемой системы питания с существующим образцом
4.8. Выводы
Заключение
Литература
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Условия рыночной экономики требуют новых, высокоэффективных и экономичных технологий, направленных на улучшение качества продукции, повышение ее конкурентоспособности, сокращения затрат на изготовление промышленных установок. В области электроэнергетики это -улучшение качества электроэнергии и ее экономия, снижение материалоемкости энергетики.
Как правило, существующие системы питания электротехнологических приемников энергии различного назначения построены на основе использования большого числа механических контактов. В таких системах контакты применяются как для широкодиапазонного регулирования напряжения с помощью специальных трансформаторов с механическими устройствами для переключения под нагрузкой, так и для регулирования реактивной мощности и симметрирования нагрузки путем секционирования конденсаторных батарей на основе использования вакуумных выключателей.
В силу очевидных недостатков устройств с механическими контактами - их электроизнос, низкое быстродействие - принципиально неизбежен перерасход:
- активных материалов на изготовление системы питания (необходимость использования специальных трансформаторов, а для симметрирования нагрузки по фазам питающей сети - мощных реакторов);
- секционируемых конденсаторных батарей, установленная мощность которых завышается в 1,5-^2 раза;
- электроэнергии вследствие использования элементов с низким КПД; например, в случае питания тигельных печей индукционного нагрева это печные трансформаторы и мощные однофазные реакторы.
Цель работы. Целью диссертационной работы является решение комплекса вопросов, связанных с оптимизацией элементов систем питания, которые выполнены на принципиально новой технической основе, использующей в своем составе трансформаторно-тиристорные модули (ТТМ) силовой электроники.
Для достижения поставленной цели автор решает следующие задачи:
- анализ существующих методов регулирования напряжения, симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности в системах питания электротехнологических приемников энергии, а также разработка новых

Симметрирование трехфазной нагрузки можно осуществлять при помощи продольно-поперечного регулирования напряжения на зажимах нагрузки. Это позволит исключить симметрирующий дроссель, который мало того, что имеет низкий КПД, но и сам является источником реактивной мощности. Последнее снижает эффективность работы КБ, компенсирующих реактивную мощность, потребляемую индуктивной нагрузкой из питающей сети.
Векторное управление является оптимальной реализацией продольнопоперечного регулирования напряжений в трехфазной системе. Оно позволяет решалать задачу одновременного симметрирования токов по фазам нагрузки и компенсации реактивной мощности потребляемой нагрузкой из питающей сети. Для этого вычисляются координаты вектора:
- мнимая часть тока прямой последовательности нагрузки;
- вещественная часть тока обратной последовательности нагрузки;
- мнимая часть тока обратной последовательности нагрузки.
Этот вектор данных нагрузки подлежит компенсации. Согласно векторному управлению на токи фаз нагрузки накладываются симметро-компенсирующие токи ]1; Ь, ]з, характеризующиеся координатами вектора, равными координатам упомянутого вектора нагрузки, но с обратными знаками. Эти токи, также как и токи нагрузки, текут от зажимов питающей сети к входным зажимам аь 61, щ ТТМ (рис.1.6). Таким образом, происходит полная компенсация реактивной мощности, потребляемой электроприемником, а потребляемая этим электроприемником активная мощность будет равномерно распределена по всем трем фазам питающей сети. Токи в фазах питающей сети становятся минимально возможной величины и совпадают по фазе с напряжениями соответствующих фаз. Кроме того, следует заметить, что результирующие векторы напряжений на выходных зажимах ТТМ всегда опережают по фазе векторы напряжений на входе (рис.1.10,б), что дает положительный эффект сточки зрения компенсации потребляемой нагрузкой реактивной мощности.
1.2.5. Новые задачи оптимизации элементов систем питания и управления ими.
Эти задачи подразумевают использование новых экономически эффективных регулирующих возможностей.