Вдосконалення керування силовим активним фільтром у промислових розподільчих мережах .

Abstract

У дисертації вирішена важлива наукова задача, яка полягає у вдоскона-ленні автоматичного керування САФ в трифазних промислових РЕМ, дослі-дженні при використанні САФ зниження втрат потужності мережі та енергети-чних показників, враховуючих ефектівність компенсації неактивної потужності, що генерується різноманітними промисловими навантаженнями. Розроблено математичну і імітаційну (комп'ютерну) моделі електротехні-чного комплексу, що містить: трифазні РЕМ, САФ і різноманітні трифазні про-мислові навантаження (лінійні та нелінійні, активні і активно-реактивні, симет-ричні і несиметричні, в тому числі – автоматизовані електроприводи постійного та змінного струму). Вдосконалено прогнозуюче релейне керування для схеми паралельного САФ, яке характеризується при високій швидкодії і точності ре-гулювання фазних струмів мережі (ФСМ) скороченням числа застосовуваних датчиків і спрощенням прогнозуючого функціоналу, а також – ефективною компенсацією струму нейтралі мережі та мінімізацією частоти перемикання си-лових ключів САФ в сталих режимах. Проведеними дослідженнями на іміта-ційної моделі та експериментальному зразку САФ визначені енергетичні показ-ники, які характеризують ефективність компенсації неактивної потужності та зниження втрат потужності мережі при використанні САФ із запропонованим автоматичним керуванням. Отримано аналітичні залежності, що дозволяють кі-лькісно оцінити зниження втрат потужності у трипровідної і чотирипровідної РЕМ за рахунок здійснення симетрування ФСМ за допомогою САФ.

В диссертации решена важная научная задача, состоящая в совершенст-вовании автоматического управления силовым активным фильтром (САФ) в трехфазных промышленных распределительных электрических сетях (РЭС), исследовании при использовании САФ снижения сетевых потерь мощности и энергетических показателей, учитывающих эффективность компенсации неак-тивной мощности, генерируемой промышленными нагрузками. Разработаны математическая и имитационная (компьютерная) модели электротехнического комплекса, содержащего: трехфазную трехпроводную или четырехпроводную РЭС, САФ и трехфазные промышленные нагрузки (линей-ные и нелинейные, активные и активно-реактивные, симметричные и несим-метричные, в том числе – тиристорные электроприводы постоянного и пере-менного тока, нерегулируемый и частотно-регулируемый асинхронные элек-троприводы), – предназначенные для исследования электромагнитных и энер-гетических процессов в указанном комплексе, а также оценки энергоэффектив-ности использования САФ. Усовершенствовано прогнозирующее управление САФ, при котором ис-пользуется два прогнозирующих функционала: первый (обеспечивающий при упрощении прогнозирующего функционала высокое быстродействие и точ-ность регулирования сетевых фазных токов (СФТ)) – в динамических режимах и второй (минимизирующий частоту переключения силовых ключей САФ) – в установившихся режимах. Предложено релейное управление устройством компенсации тока ней-трали (входящим в состав САФ при четырехпроводной РЭС), которое при от-носительной простоте своей реализации обеспечивает эффективное снижение до нуля тока в нейтрали сети при несимметричных трехфазных нагрузках или для нагрузок, содержащих постоянную составляющую в их фазных токах. Усовершенствована структура автоматического управления САФ, позво-ляющая сократить количество применяемых датчиков. Проведенными исследованиями на имитационной модели и эксперимен-тальном образце САФ определены энергетические показатели, характеризую-щие эффективность компенсации неактивной мощности для различных про-мышленных нагрузок, и достигаемое при этом снижение сетевых потерь мощ-ности при использовании САФ с предложенным автоматическим управлением. При этом установлено, что посредством САФ с указанным управлением дости-гаются значения: сетевого коэффициента мощности не менее (0,98 – 0,99) – в установившихся и более (0,95 – 0,98) – в динамических режимах (где большие значения относятся к линейным, а меньшие к нелинейным нагрузкам); общего коэффициента гармоник СФТ в номинальном режиме, не превышающие 5,5 %; коэффициента несимметрии по сетевым токам – не более 3,3 %. Предложена энергосберегающая система электропитания (СЭ), созданная на основе единого общего САФ, служащего источником постоянного напряже-ния для современных электроприводов постоянного и переменного тока с ши-ротно-импульсным регулированием ШИР (или модуляцией ШИМ), а также – одновременно компенсатором неактивной мощности для трехфазных нагрузок, подключенных к РЭС. Данная СЭ позволяет: компенсировать все виды неак-тивной мощности, генерируемые нагрузками; удешевить изготовление элек-троприводов постоянного и переменного тока с ШИР (ШИМ); осуществить их торможение с рекуперацией энергии в сеть; сократить расход кабелей (при пе-реходе от трехпроводной или четырехпроводной трехфазной сети к двухпро-водной (постоянного тока) заводской сети; уменьшить сечение нейтрального провода сети; увеличить пропускную способность РЭС по активной мощности. Получены аналитические зависимости, позволяющие количественно оце-нить снижение нагрузочных потерь мощности в РЭС за счет осуществляемого симметрирования СФТ посредством САФ, а также определить диапазон значе-ний активного сопротивления фазы сети, при котором (исходя из действую-щих значений фазных токов в несимметричных трехфазных активных нагруз-ках и потерь мощности в САФ) достигается общее энергосбережение за счет симметрирования сетевых фазных токов при использовании САФ.

The thesis addressed an important scientific task consists in improving the automatic control of power active filter (SAF) in three-phase industrial distribution networks (XPS) study of the use of SAF to reduce network power losses and energy parameters that take into account the efficiency of compensation for non-active power generated by industrial loads. The mathematical and simulation (computer) model of electro-complex, which includes: RES, SAF, and various three-phase industrial loads (linear and nonlinear, active and active-reactive, balanced or unbalanced, including - automated electric AC and DC). Improved predictive control relay for the circuit in parallel SAF is charac-terized by at high speed and precision control network phase currents (SFT) reduced number of applications of sensors and a simplification of a prediction of the func-tional as well - an effective neutral current compensation network and minimizing switching frequency of power switches AFB with steady-state conditions. Carried out researches on the simulation model and the experimental sample SAF determine the energy parameters describing the efficiency of compensation for non-active capacity and reducing network power losses when using SAF with the proposed automatic control. The obtained analytical expressions allow to quantify the reduction in net-work power losses in the three-wire and four-RES by implementation of the balanc-ing of SFT by SAF.