Статические преобразователи электроэнергии систем автономного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей

• Автор: Григораш, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 338 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.

1.1 Основные этапы развития электрификации сельскохозяйственных потребителей.

1.2 Ущербы от перерывов в электроснабжении и снижении качества электроэнергии в сельскохозяйственном производстве.
1.3 Структурный синтез систем автономного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.
1.4 Состояние и перспективы развития автономных источников электроэнергии в сельском хозяйстве.

1.4.1 Дизельные и тепловые электрические станции

1.4.2 Нетрадиционные источники электроэнергии.

1.4.3 Электромеханические генераторы

1.5 Преобразователи электроэнергии в системах электроснабжения с комбинированными источниками электроэнергии.
1.5.1 Основные требования к преобразователям электроэнергии
1.5.2 Состояние и направления развития преобразователей электроэнергии
1.6 Основные задачи исследования
Выводы по разделу 1 .
2 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
2.1 Особенности работы статических преобразователей.
2.2 Повышение показателей эффективности непосредственных преобразователей частоты
2.2.1 НИ1 с естественной коммутацией силовых вентилей
2.2.2 НИ1 с регулируемым углом сдвига фаз на входе.
2.3 Преобразователи на базе трансформаторов с вращающимся магнитным полем.
2.4 Стабилизаторы напряжения переменного тока повышенной надежности
2.5 Направления развития силовой электроники
Выводы по разделу 2.
3 АНАЛИЗ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
3.1 Требования к качеству электроэнергии сельскохозяйственных потребителей
3.2 Особенности расчета гармонического состава выходного напряжения преобразователей.
3.3 Оценка качества выходного напряжения преобразователей и определение параметров их выходных фильтров.
3.3.1 Однофазные и трехфазные выпрямители.
3.3.2 Автономные инверторы
3.3.3 Непосредственные преобразователи частоты
3.4 Оценка качества выходного напряжения стабилизаторов переменного тока
3.5 Универсальные выходные фильтры статических преобразователей электроэнергии
Выводы по разделу 3.
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Особенности математического моделирования автономных источников с статическими преобразователями.
4.2 Схемы замещения и математические модели статическихпрсобразователей электроэнергии
4.2.1 Мостовая схема замещения и общие соотношения.
4.2.2 Модели инвертора и выпрямителя.
4.2.3 Модели трансформаторов преобразователей и нагрузки
4.3 Универсальная математическая модель автономного источника с преобразователями.
4.3.1 Разработка схемы замещения и математической модели
4.3.2 Результаты исследований математической модели
4.4 Экспериментальные исследования.
Выводы по разделу 4
5 СИНТЕЗ МОДУЛЬНЫХ СТРУКТУР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И СИСТЕМ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.
5.1 Особенности модульного агрегатирования
5.2 Разработка универсального модульного преобразователя
5.3 Основные принципы построения модульных блоков УМП
5.4 Особенности параллельной работы статических преобразователей
5.4.1 Параллельная работа выпрямителей и конверторов.
5.4.2 Параллельная работа инверторов и НПЧ.
5.5 Контроль уровня напряжений в модульных блоках
5.6 Принципы построения структурных схем модульных САЭ.
Выводы по разделу 5
6 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СИСТЕМ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.
6.1 Параллельная работа АИЭ с внешней сстыо
6.2 Выбор коммутационных устройств, защита и управление
6.3 Расчет критериев эффективности статических преобразователей
6.3.1 Расчет КПД, массы и показателей надежности.
6.3.2 Расчет экономической эффективности АИЭ САЭ.
6.4 Способы выбора оптимальной структуры САЭ.
6.5 Этапы проектирования и оценка эффективности статических преобразователей в САЭ.
Выводы по разделу 6
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Основными недостатками рассмотренного способа подключения являются большие эксплуатационные расходы и большая общая стоимость САЭ, а также высокая себестоимость электроэнергии. Вводы от внешней сети
Рис. Комбинированные САЭ занимают промежуточное положение между выше рассмотренными способами подключения потребителей к источникам электроэнергии. При размещении сельскохозяйственных потребителей на значительном расстоянии от внешней централизованной сети, как правило, больше нескольких десятков километров, САЭ могут не содержать вводов от внешней сети. Питание потребителей электроэнергии в этом случае осуществляется от нескольких АИЭ. В общем случае САЭ представляют собой сложный энергетический комплекс, содержащий несколько источников электроэнергии, как переменного, так и постоянного тока, преобразователи и стабилизаторы электроэнергии, системы контроля, защиты и управления. Наличие в САЭ нескольких источников электроэнергии дает возможность обеспечивать бесперебойное электроснабжение сельскохозяйственных потребителей. Возможные структуры САЭ сельскохозяйственных потребителей, а также СГЭ можно представить в виде одной обобщенной структурной схемы, из которой как частные случаи, в зависимости от требований потребителей, территориального их размещения и ЭТХ функциональных узлов ФУ и элементов, формировались бы все возможные структуры. Поскольку потребители сельскохозяйственного производства являются потребителями переменного тока промышленной частоты, а также содержат потребители первой категории, то обобщенная структурная схема СГЭ должна содержать две шины и Ш2 рис. Кроме того, структурная схема СГЭ содержит шину переменного тока повышенной частоты Шз рис. На рис. СГЭ сельскохозяйственных потребителей, где обозначено источник внешней сети 2Ы резервные источники электроэнергии 5 аварийный источник б стабилизатор напряжения 7 выпрямители 8 инверторы 9 непосредственный преобразователь частоты. ДЭС или
аварийный источник постоянного тока аккумуляторные батареи
АБ являются источником электроэнергии только на время включения резервных источников, обеспечивая бесперебойное электроснабжение ответственных потребителей. Если потребители электроэнергии размещены на значительном расстоянии от централизованной сети, что характерно для сельскохозяйственного производства, с экономической точки зрения целесообразно, часть резервных АИЭ перевести в разряд основных источников, а часть в разряд резервных, в зависимости от территориальных условий. То есть с учетом солнечной активности, ветровых потоков, наличия рек и источников биотоплива. Рис. НИЭ, используемых в качестве ЛИЭ, то можно создать большое количество схемных решений САЭ и СГЭ. Здесь определяющими факторами должны быть экономические показатели системы электроснабжения капиталовложения и эксплуатационные расходы, возможный ущерб от перерывов в электроснабжении и снижении качества электроэнергии. В настоящее время есть опыт единичного использования НИЭ в сельском хозяйстве, следующим этапом является создание системы содержащей несколько типов НИЭ, так и традиционных источников, включая внешнюю централизованную сеть. Такие системы содержат два основных ФУ АИЭ и статические ПЭ рис. Здесь важно провести исследования перспектив развития и особенности совместной работы этих ответственных узлов и разработать рекомендации, позволяющие повысить эффективность проектирования рассмотренных САЭ для сельскохозяйственных потребителей. Только три типа статических ПЭ используются в составе САЭ рис. АИЭ могут генерировать электроэнергию постоянного тока и переменного тока промышленной и повышенной частоты. Однако при выборе того или иного типа АИЭ необходимо учитывать следующие факторы. Системы переменного тока имеют компактные электрические машины, ПЭ и коммутационные устройства. Число фаз в системах переменного тока СГЭ обычно равно т 3, но в преобразовательных блоках используются как одно, так и многофазные системы. Трехфазная система обладает высокой симметрией и позволяет создавать вращающееся магнитное поле, необходимое для электрических машин электропривода и специальных трансформаторов.