Математические модели и комплекс программ оптимизации гармонических фильтров

• Автор: Шамаев, Алексей Валентинович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
Введение.

1 Методы проектирования гармонических фильтров.

1.1 Схемы гармонических фильтров.

1.2 Методики расчета гармонических фильтров

1.3 Постановка задачи проектирования гармонического фильтра

2 Математическое моделирование автономных электроэнергетических систем с гармоническими фильтрами.

2.1 Математическая модель многофазной электроэнергетической системы

2.2 Математическая модель многофазного гармонического фильтра.

2.3 Математические модели источников питания радиоэлектронной аппаратуры

3 Оптимизация гармонических фильтров

3.1 Постановка задачи нелинейного программирования для синтеза гармонического фильтра
3.2 Модифицированный метод скользящего допуска.
3.3 Спектральная стратегия проектирования гармонических фильтров
4 Комплекс программ оптимизации гармонических фильтров
4.1 Программа моделирования автономных электроэнергетических систем с гармоническими фильтрами
4.2 Программа параметрического синтеза гармонических фильтров
4.3 Верификация и применение комплекса программ оптимизации
гармонических фильтров.
Заключение.
Литература


Отдельные цепочки-звенья подстраиваются из условий резонанса напряжений на определенной частоте. По отношению к полупроводниковому преобразователю как генератору высших гармоник такие фильтры являются практически чисто активной нагрузкой. На основной частоте они представляют собой нагрузку емкостного характера и по отношению к сети являются компенсаторами не только мощности искажения, но и реактивной мощности, то есть оказывают влияние на два показателя качества электроэнергии. Гармонические фильтры с раздельными звеньями при допустимых потерях имеют узкую полосу затухания. Более широкую полосу затухания при незначительном увеличении потерь на основной частоте имеет схема резистивно-мостового гармонического фильтра (рисунок 1, б). В диссертационной работе рассматривается гармонический фильтр с раздельными звеньями. Этот выбор обусловлен распространенностью таких фильтров на практике из-за их высокой надежности, достаточной эффективности и технологичности. Гармонические фильтры с раздельными звеньями имеют ряд недостатков, которые необходимо учитывать при их проектировании. Во-первых, они обладают детерминированными частотными характеристиками, в то время как спектральный состав высших гармоник и частотные характеристики остальной части энергосистемы имеют в общем случае стохастический характер. Во-вторых, реактивные элементы фильтров отрицательно влияют на качество переходных процессов в динамических режимах работы энергосистемы. Попытки найти удовлетворительный кохмпромисс в рамках традиционных схемотехнических решений не приводят к ожидаемым результатам. В этом случае все большее применение находят активные электрические фильтры, работающие совместно с гармоническими фильтрами. Гармонические фильтры с раздельными звеньями самостоятельно применяются там, где требования к величине добротности их звеньев успешно сочетаются с требованиями к качеству переходных процессов в энергосистеме. Известно большое количество алгоритмов определения структуры и параметров гармонических фильтров [9, , , ,]. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Среди инженерных методик расчета гармонических фильтров, наиболее полно учитывающих особенности их функционирования в составе АЭЭС, выделяется алгоритм, приведенный в []. В этом алгоритме предлагается распределять мощности между звеньями фильтра и параллельными конденсаторами по следующему правилу: мощности фильтровых батарей следует выбирать минимально допустимыми по техническим условиям, а недостающее значение реактивной мощности получать от отдельно установленной конденсаторной батареи. При этом обеспечиваются минимальные затраты на изготовление фильтра. Эту свойство системы учитывается в алгоритме при выборе физической модели задачи []. Для обеспечения равенства сроков службы конденсаторов фильтра, распределение реактивной мощности между резонансными звеньями осуществляется так, чтобы удельные потери в конденсаторах всех звеньев были одинаковы. Характеристика имеет / нулей и /+1 полюсов. Если последний полюс расположен в области частот, превышающих частоту первой нефильтруемой гармоники, то создаются условия для усиления гармоник, находящихся левее и правее полюса. Условие (1. ГОСТ по нссинусоидальности напряжения. Если последний полюс частотной характеристики близок к номеру первой нефильтруемой гармоники, возможно ее усиление. Total Harmonic Distortion - THD). Алгоритм расчета заграждающего фильтра с раздельными звеньями, разработанный на основе изложенного подхода, приведен на рисунке 2. В нем сначала рассчитывается вариант фильтра без параллельного конденсатора, затем определяются емкостные Х& и индуктивные XLv сопротивления резонансных цепей, суммарная стоимость реакторов и конденсаторов Ц и приведенные затраты 3 на фильтр. Далее рассматривается вариант фильтра с параллельными конденсаторами, и на заключительной стадии производится сопоставление этих вариантов по одному из экономических показателей. Анализ этого алгоритма показывает, что он реализует циклическую процедуру распределения суммарной (заданной) реактивной мощности между звеньями фильтра.