Синтез систем активної корекції показників якості електроенергії електромережі для електроприводів з квазістаціонарними режимами роботи

Abstract

В дисертаційній роботі вирішена актуальна задача поліпшення показників якості електричної енергії мережі шляхом встановлення закономірностей впливу зміни параметрів силової частини активного фільтру на електромагнітні процеси мережі живлення з квазістаціонарним характером зміни навантаження. Застосування методів екстремального регулювання в системі керування активним фільтром з урахуванням специфічних особливостей корекції показників якості електроенергії мережі живлення дозволяє покращити роботу коректора та спростити систему виміру. Запропонований в дисертації критерій оптимальності для екстремального регулятора та нова цифрова система керування дозволяють застосовувати пристрій для компенсації реактивної потужності, вищих гармонік струму та балансування струмів. Працездатність нової синтезованої системи керування активним фільтром перевірено експериментально на основі фізичного моделювання: проведено дослід з компенсації несиметрії напруги, коефіцієнт несиметрії якої зменшено з 8,8% до 3,2%. В роботі також наведено результати математичного моделювання промислового об‘єкту (екскаватор ЕКГ-5), серед яких слід виділити наступні: реактивну енергію за цикл зменшено в 56 разів; значення коефіцієнту гармонік напруги за цикл коливається в діапазоні від 21% до 5,5%; коефіцієнт гармонік струму на більшому проміжку циклу роботи екскаватора погіршується та коливається в межах від 18% до 400%. Цифрова система керування активним фільтром адаптована для використання коректора в системах технологічного контролю електричних параметрів.

В диссертационной работе решена актуальная задача улучшения показателей качества электроэнергии сети питания путём выявления закономерностей изменения параметров силовой части активного фильтра на электромагнитные процессы в сети питания с квазистационарным характером изменения нагрузки. Предложенный способ синтеза системы экстремального регулирования является универсальным и может быть интегрирован в большинство современных способов управления системами активной коррекции. Применение способов экстремального регулирования в системе управления активным фильтром с учетом специфических особенностей коррекции энергопотоков электросети позволяет повысить качество коррекции и упростить систему измерения. Предложенный в диссертации критерий оптимальности и новая цифровая система управления позволяют применять устройство для компенсации реактивной мощности, высших гармоник тока и балансировки токов. В работе также уделено внимание оценке эффективности применения компенсаторов показателей качества электроэнергии на промышленных объектах. В результате анализа математического аппарата приборов коммерческого учёта электроэнергии обоснована возможность функционирования электрической сети в режимах, при которых невозможно применение определённых типов счётчиков реактивной энергии для вычисления фактического коэффициента мощности. Работа содержит математические выкладки для вычисления ненормируемых стандартами показателей качества электроэнергии, которые позволяют произвести более детальный анализ электромагнитных процессов, протекающих в сети питания. В ходе анализа электромагнитных процессов, протекающих в активном фильтре, раскрыта суть способа регулирования напряжения в звене постоянного тока корректора, применяя который нет необходимости в использовании дополнительных схемных решений. Также внимание уделено особенностям применения токового коридора в системах управления активными фильтрами. Значительное внимание уделено разработке и синтезу цифровой системы управления активным фильтром, результатом которой является созданная установка физического моделирования энергетических процессов сети питания. Работоспособность предложенной системы управления активным фильтром проверена экспериментально на основе физического моделирования: проведен опыт по компенсации несимметрии напряжения, коэффициент несимметрии которого уменьшен с 8,8% до 3,2%. В диссертации также приведены результаты математического моделирования промышленного объекта (экскаватор ЭКГ-5), среди которых следует выделить следующие: реактивная энергия за цикл уменьшена в 56 раз; значение коэффициента гармоник напряжения за цикл колеблется в диапазоне от 21% до 5,5%; коэффициент гармоник тока на большем промежутке цикла работы экскаватора ухудшается и колеблется в пределах от 18% до 400%.

In the thesis the actual problem of improving of the active power filters efficiency is solved. The main idea of modernization of active filter control system is to use the found extremum relation between changing of power inverter parameters and the process of power quality correction. The area of applying of modernized active power filter is network with slowly changing loads. The application of proposed extremum seeking control based on found physical relation can improve the quality of correction of electric energy flow and simplify the active power filter measurement system. The tasks which can be solved with help of active power filter based on proposed new control system are: reactive power compensation, THD level reduction, balancing of load, technological control of electric parameters. The thesis is also involves the questions of efficiency determining of active filters which work at industrial objects. The particular attention is given to using of electric meter systems for evaluation of correction process efficiency. The operability of active power filter with proposed new control system is estimated experimentally with help of physical modeling: it was conducted the experiment of reducing voltage unbalance (reduced from 8.8% to 3.2%). Also it was conducted the mathematical modeling of real industry object (excavator EKG5). It would be noted the next results: the reactive energy by cycle is reduced by 56 times, voltage THD level changes in borders from 5.5% to 21%, current THD level changes from 18% to 400% during most part of cycle. Digital control system of proposed active power filter is adopted for tasks of technological control of electric parameters.