Компенсация реактивной и искажающей мощностей в судовых и корабельных электроэнергетических системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Лыонг Тху Фонг

• Лыонг Тху Фонг
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лыонг Тху Фонг

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Проблема качества электроэнергии в судовых и корабельных электроэнергетических сетях.

1.2. Аналитический обзор литературы по методам компенсации неактивной мощности.

1.2.1. Компенсация реактивной мощности.

1.2.2. Компенсация мощности искажения.

1.3. Цель и задачи работы.

Выводы по главе

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ И ВЫБОР ТОПОЛОГИИ СИЛОВОЙ ЧАСТИ И ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ КОМПЕНСАТОРОВ НЕАКТИВНОЙ

МОЩНОСТИ.

2.1. Сравнительный анализ и выбор топологии схемы силовой части компенсатора.

2.1.1. Топологии силовой части компенсаторов неактивной мощности.

2.1.2. Сравнение топологий схем силовой части по эффективности фильтрации высших гармоник.

2.2. Анализ основных видов ключей и особенностей их применения.

2.2.1. Основные технические характеристики силовых ключей.

2.2.2. Полностью управляемые по затвору тиристоры.

2.2.3 Силовые транзисторы.

2.3. Инженерная методика расчёта основных элементов схемы КНМ.

2.3.1 Основные задачи и требования и расчету.

2.3.2. Инженерная методика расчета силовой части АФ.

2.3.2. Инженерная методика расчета КРМ типа «СТАТКОМ».

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЕНСАТОРОМ НЕАКТИВНОЙ

МОЩНОСТИ.

3.1. Алгоритм управления.

3.1.1. Алгоритм управления КРМ.

3.1.2. Алгоритм управления активным фильтром.

3.2. Структурные схемы управления.

3.2.1. Структурная схема цифровой фильтрации КРМ.

3.2.2. Структурная схема цифровой фильтрации АФ.

3.3. Аппаратная реализация системы управления компенсатором неактивной мощности.

3.3.1. Блок-схема микропроцессорной части системы управления компенсатором реактивной мощности.

3.3.2. Блок-схема микропроцессорной части системы управления активным фильтром.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ

ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.

4.1. Разработка математической модели компенсатора.

4.2. Моделирование процессов управления реактивной мощностью.

4.3. Моделирование фильтрации высших гармоник.

4.4. Работа устройства компенсации неактивной мощности в целом.

4.5. Экспериментальная цель.

4.5.1. Аппаратная реализация основных узлов физической модели.

4.5.2. Результаты эксперимента.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Компенсация реактивной и искажающей мощностей в судовых и корабельных электроэнергетических системах»

Для современных судов и кораблей созданы эффективные системы электродвижения на основе гребных электрических установок (ГЭУ) с винторулевой колонкой (ВРК), в которых двигатель конструктивно объединен с рулевым устройством. Такие ГЭУ называются пропульсивными комплексами. Они обеспечивают высокую маневренность судов и кораблей в различных режимах движения. В целях более эффективного использования элетрооборудования ГЭУ получают электропитание от единой электроэнергетической системы (ЕЭЭС), обеспечивающей электроэнергией другие общесудовые потребители. Управление режимами работы двигателей ГЭУ осуществляется полупроводниковыми преобразователями, существенно ухудшающими качество электроэнергии на общих шинах ЕЭЭС. Основными причинами этого являются уменьшения коэффициента мощности и рост содержания высших гармоник в потребляемом ГЭУ токе. В результате этого значительно снижается надежность работы потребителей, и увеличиваются потери электроэнергии, потребляемой ГЭУ. Поэтому уменьшение указанных негативных последствий является актуальной задачей.

В связи с этим, в настоящее время большое внимание уделяется вопросам, связанным с изучением и разработкой различных способов и средств обеспечения требуемого качества электроэнергии, потребляемой пропульсивного комплекса с ВРК, увеличения коэффициента мощности и фильтрации высших гармоник тока.

Решению данной проблемы посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов, в которых успешно использованы различные методы для улучшения качества электроэнергии.

Однако разработка новых средств не может исчерпывать проблемы, т.к. при создании этих устройств не учитываются особенности корабельных и судовых электроэнергетических систем. Поэтому актуальность темы обуславливается поиском новых способов и средств для компенсации реактивной мощности и активной фильтрации высших гармоник токов, обеспечивающих высокое требуемое качество электроэнергии.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Лыонг Тху Фонг

вывод

1. Принятые схемотехнические решения для устройства неактивной мощности позволяют обеспечить электроснабжение ВРК с % близким к единице в широком диапазоне изменения полной мощности нагрузки.

2. Высшие гармоники, обусловленные нелинейностью ВРК, могут быть снижены посредством методов и средств, принятых в работе, до уровня допустимых ГОСТ.

3. Самым тяжелым режимом работы устройства неактивной является режим при снижении мощности до 10 - 20% от номинальной мощности ВРК. Восполнение потерь активной мощности в этом режиме для поддержания напряжения на накопительном конденсаторе затрудняется. В результате подсистемы устройства начинают функционировать с предельно допустимым уровнем напряжения питания.

4. Полученные результаты работы макета статического компенсатора неактивной мощности показывают высокую эффективность разработанной цифровой системы управления компенсатора и правильности инженерного расчета компонентов его силовой части.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработаны принципы и создано новое устройство компенсации реактивной мощности и активной фильтрации высших гармоник тока для автономных объектов, в том числе электроэнергетическая система существующих судов и кораблей, позволяющее обеспечить компенсацию реактивной мощности и полное устранение гармонических составляющих тока сети. Полученным результатом является высокий коэффициент мощности, близкий к единице. В процессе выполнения диссертационной работы получены следующие основные новые научные и практические результаты:

1. На основе результатов улучшения качества электроэнергии СЭС, содержащих перспективные пропульсивные комплексы с ВРК, предложено устройство компенсации неактивной мощности, позволяющее повысить коэффициент мощности ВРК практически до единицы во всех режимах работы и обеспечить эффективное подавление высших гармоник потребляемого тока.

2. Разработана инженерная методика проектирования устройств компенсации неактивной мощности.

3. Предложены принципы управления, сочетающие различные способы модуляции при компенсации реактивной мощности и активной фильтрации тока, а также алгоритмы их реализации.

4. Разработаны компьютерные модели устройства компенсации неактивной мощности, позволяющие адекватно моделировать процессы при их работе в составе СЭС.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лыонг Тху Фонг, 2009 год

1. Ясаков Г. Корабельные электроэнергетические системы. Санкт- Петербург - Военно-морская академия и. Адмирала флота советского союза Н. Г. Кузнецова, 1999

2. Под общей редакцией Китаенко Г. И. Справочник судового электротехника в трех томах. Ленинград. Судостроение, 1980

3. Сергиенко Л. И., Миронов В. В. Электроэнергетические системы морских судов. М. Транспорт 1991.

4. Яковлев Г. Судовые электроэнергетические системы. Л. Судпромгиз. 1957.

5. Григорьев А. В., Ляпидов К. С , Макаров Л. Единая электроэнергетическая установка гидрографического судна на базе системы электродвижения переменного тока. Санкт - Петербург. Судостроение 2006 №4 (с. 33-34).

6. Лазаревский Н. А., Румянцев А. Ю., Самсыгин В. К., Хомяк В. А. Единая электроэнергетическая система малого гидрографического судна с гребной энергетической установки переменного тока. Судостроение и водный транспорт России. 2000/2003. с. 33-39.

7. Григорьев А. В. Экспериментальные исследования системы электродвижения переменного тока с полупроводниковым преобразователем. Санкт — Петербург. Судостроение 2007 №3. с. 30-33.

8. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники — Электрические цепи. Москва - Высшая школа 1996// 9-ое издание.

9. Супронович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок/пер. с польского под ред. Лабунцова В.А.. М.: Энергоатомиздат, 1985.

10. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.гЭнергоатомизхдат, 1992.

11. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники, учебное пособие, изд. 3- е - Новосибирск: изд. НГТУ, 2004, 672 с.

12. Розанов Ю. К., Рябчицкий М. В., Кваснюк А. А. Силовая электроника. М. Издательский дом МЭИ 2007.

13. Тиристорные устройства FACTS для электропередач переменного тока. IEEE Press Series on Power Engineering. Перевод Н.Г. Лозинова. Санкт-Петербург, НИИПТ. 2005г.

14. FACTS. Под редакцией Yong Yua Song, Allan Т Johns. The Institution of Electrical Engineers, 1999.

15. Akagi H. Active filters for power conditions. The power electronics. Handbook. Ed. T. L. Scvorenina, USA: CRC Press, 2002.

16. Ali Emadi, Abdolhosein Nasiri, Stoyan B. Bekiarov. Uninterruptible power supplies and active filters. USA: CRT Press, 2005.

17. Corzine K. Rashid Muhammed H. Power electronics. USA: Prentice — Hall, Inc., 1988

18. Кондиционеры сети на основе активных фильтров. Электротехника. 2007, №5.

19. Булатов О. Г., Царенко А. И. Тиристорно-конденсаторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1982.

20. Rashid М. Power Electronics Handbook.— В.: Academic Press, 2001.

21. Akagi H., Active and hybrid filters for power conditioning, in Proceedings of the IEEE Conference on Industrial Electronics, vol. 1, 2000.

22. Peng F. Z., Harmonic sources and filtering approaches, IEEE Industry Applications Magazine, 7 (4), 18-25, 2001.

23. Климов В. П., Москалев А. Д. Способы подавления высших гармоник тока в системах электропитания.- М.: АОЗТ ММП-Ирбис, 2002.- 8 C.+

24. Stacey E. J., Strycula E. С Hybrid power filters // IAS annual meeting: Тез. докл.-W., 1977.-P. 1133-1140

25. Кваснюк A. A, Регулятор качества электроэнергии с расширенной областью функциональных возможностей: Дне. канд. техн. наук.- М., МЭИ, 2002.-133 с.

26. Рябчицкий М. В. Регулятор качества электроэнергии: Дис. канд. техн. наук.- М., МЭИ, 1999.- 119 с.

27. Иванов И. В. Исследование и разработка регулятора сетевого фильтра высших гармоник для систем автономного электроснабжения: Дис. канд. техн. наук.-М., МЭИ, 1993.- 146 с.

28. Steffen Bernet. Recent Developments of High Power Converters for Industry and Traction Applications, IEEE Trans. On Power Electronics, vol.15, no. 6, nov. 2000.

29. Кочкин В. И., Нечаев О. П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М. Изд. НЦ ЭНАС, 2000г.

30. М. Moroozian, SM IEEE &е, ABB Utilities, FACTs Division "Benefits of SVC STATCOM for Electric Utility Application".

31. Четти П, Проектирование ключевых источников электропитания.- М.: Энергоатомиздат, 1990.—420 с.

32. Мустафа Г.М., Ковалев Ф.И. Сравнительный анализ трех способов управления импульсными следяш,ими инверторами // Электричество.-1989.-№2.- с. 29-37.

33. S. Fukuda, R. Imamura, "Application of a sinusoidal internal model to cuiTent control of three-phase utility-interface converters", IEEE Trans, on Industrial Electronics, vol.52, no.2, pp. 420-426, April 2005.

34. Н. Akagi, "Trends in active power line conditioners," IEEE Trans. On Power Electronics, vol.9, no. 3, may 1994.

35. H. Akagi, Instantaneous reactive power compensation comprising switching devices without energy storage elements, IEEE Transactions on Industry Applications, 2 (3), 625-630, 1984.

36. H. Jou. Performance comparison of the three-phase active-power-filter algorithms Generation. Proceedings of the lEE on Transmission and Distribution, 142 (6), 646-652, 1995.

37. L. A. Pittorino, A. Horn and J. H. Enslin. Power theory evaluation for the control of an active power filter. Proceedings of the IEEE 4'^ AFMCON, vol. 2, 1996, pp. 676-681.

38. G. D. Marques. A comparison of active power filter control methods in unbalanced and non-sinusoidal conditions. Proceedings of the IEEE 24^ Industrial Electronics Conference, vol. 1, 1998, pp. 444-449.

39. Дж. Дэбни, Т. Харман. Simulink 4 - секреты мастерства. Перевод с английского М. Л. Симонова. Москва.: БИНОМ Лаборатория знаний. 2003.

40. Герман-Галкин Г., Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. - СПб.: Корона принт, 2001. - 320с. 43 ' Дьяконов В .П. Matlab 6/6.1/6.5 Simulink 4.5 в математике и моделированиию. - М.: 2003.-214 с.

41. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB: Специальный справочник.- СПб: Питер, 2001.- 480 с.

42. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем: Специальный справочник.— СПб: Питер, 2002.-448 с.

43. Герман-Галкин С . Компьютерное моделирование преобразователей в пакете Matlab.- М.: Корона Принт, 2001.- 320 с.