Вхідних струмів тягової підстанції




Скачати 301.12 Kb.
НазваВхідних струмів тягової підстанції
Сторінка1/3
Дата конвертації05.04.2013
Розмір301.12 Kb.
ТипДокументы
uchni.com.ua > Фізика > Документы
  1   2   3
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Ягуп Катерина Валеріївна

УДК 621.314.632
ПОДАВЛЕННЯ НЕКАНОНІЧНИХ ГАРМОНІК

ВХІДНИХ СТРУМІВ ТЯГОВОЇ ПІДСТАНЦІЇ

Спеціальність 05.22.09 –Електротранспорт


АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2008

Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі систем електричної тяги Української державної академії залізничного транспорту, Міністерство транспорту України, м. Харків.


Науковий керівник:


доктор технічних наук, професор

Щербак Яків Васильович,

Українська державна академія залізничного транспорту, завідувач кафедри систем

електричної тяги


Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Гончаров Юрій Петрович,

Національний технічний університет

„Харківський політехнічний інститут”,

професор кафедри промислової та біомедичної електроніки;





кандидат технічних наук, доцент

Муха Андрій Миколайович,

Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна,

доцент кафедри автоматизованого електроприводу



Захист відбудеться “12” березня 2008 р. о 14.30 год. на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.050.15

у Національному технічному університеті „Харківський політехнічний інститут” за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21
З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці

Національного технічного університету „Харківський політехнічний інститут”.

за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21


Автореферат розісланий “11” лютого 2008 р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради



Любарський Б. Г.


^ ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Системи електропостачання залізничного транспорту є потужними споживачами електричної енергії мережі змінного струму. Для забез-печення живлення електричного рухомого складу, що працює на постійному струмі, застосовуються потужні 6- та 12- пульсні схеми випрямлячів тягових підстанцій. Особливість роботи випрямлячів полягає в тому, що вони генерують вищі гармоніки у живильні мережі. При симетричному режимі роботи випрям-ляючої установки в мережу генеруються канонічні гармоніки, частоти яких визна-чаються пульсністю випрямляча. Реальні випрямляючі установки тягових підстан-цій працюють в несиметричних режимах, які можуть виникати внаслідок порушення симетрії живильних напруг, несиметрії трансформаторів, несиметрії діодних блоків. Наявність хоча б однієї із вказаних причин несиметрії призводить до доповнення гармонічних складів вхідних струмів і вихідної напруги випрямляча неканонічними гармоніками, амплітуди яких можуть досягати значних величин. Наявність неканонічних гармонік у вхідних струмах випрямляючої установки тягової підстанції погіршує її електромагнітну сумісність з живильною мережею, погіршує якість споживаємої електричної енергії, викликає підмагнічування осердь трансформаторів, а також може викликати резонансні явища в електричних системах на частотах неканонічних гармонік, що може приводити до аварійних ситуацій. Тому проблема подавлення неканонічних гармонік у вхідних струмах тягової підстанції виглядає актуальною.

^ Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-дослідницька робота за темою дисертації проводилася на кафедрі систем електри-чної тяги УкрДАЗТ в рамках „Галузевої програми енергозбереження та впрова-дження альтернативних видів палива на транспорті на 2006-2010 роки” (затвер-джена наказом міністерства транспорту та зв’язку України 09.02.2006 р. №114); „Програми енергозбереження на залізничному транспорті на 1996 – 2010 роки” (рішення НТС Укрзалізниці від 24.06.96, протокол №5); „Програми енергозбере-ження на залізничному транспорті України в 2007 році” (затверджена 16.02.2007 року №ЦЗТ-12/112).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є пошук шляхів подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів випрямляючої установки із во-льтододатним перетворювачем в тяговій підстанції засобами автоматичного регулювання.

Для досягнення поставленої мети було потрібно вирішити задачі:

  • дослідження електромагнітних процесів, визначення енергетичних показни-ків та гармонійного складу вхідного струму випрямляючої установки із вольто-додатним випрямлячем;

  • визначення впливу несиметрії напруг живильної мережі на гармонійний склад вхідних струмів випрямляючої установки із вольтододатним перетворюва-чем;

  • розробки динамічної моделі системи „тиристорний випрямляч – мережа”;

  • розробки замкнутої системи подавлення неканонічних гармонік вхідного струму шляхом знаходження параметрів системи керування вольтододатної установки;

  • визначення ефективності регулювання неканонічних гармонік у замкнутій системі.

Об’єкт дослідження   електромагнітні процеси, що визначають генерацію неканонічних гармонік випрямляючою установкою тягової підстанції в живильну мережу.

Предмет дослідження   випрямляюча установка тягової підстанції із системою подавлення неканонічних гармонік.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених задач використовувались методи: класичної теорії електричних кіл та методи гармонійного аналізу при до-слідженні електромагнітних процесів у випрямляючій установці із вольтододатним перетворювачем, що працює у симетричному та несиметричних режимах; теорія автоматичного регулювання, математичний апарат Z-перетворювань при дослі-дженні динамічної системи „тиристорний випрямляч - мережа”; А-стійкі методи чисельного розв’язання систем диференціальних рівнянь, симплекс-метод Нелдера -Міда при проведенні досліджень на комп’ютерних моделях.

^ Наукова новизна одержаних результатів:

  • розкрито механізм генерації гармонік струму в живильну мережу випрям-ляючою установкою із вольтододатним випрямлячем;

  • вперше дано відображення процесу генерації гармонік вхідного струму ви-прямляючої установки із вольтододатним перетворювачем в симетричному та не-симетричному режимах на комплексну площину;

  • одержано аналітичні вирази, що дозволяють оцінити вплив кута керування вольтододатного перетворювача на коефіцієнт потужності, коефіцієнт спотворення та коефіцієнт зсуву випрямляючої установки тягової підстанції;

  • одержано аналітичні вирази, що визначають зв’язок між коефіцієнтом неси-метрії, фазою зворотної послідовності, фазними та лінійними напругами несимет-ричної живильної мережі;

  • показано, що під дією несиметрії живильної мережі гармонійний склад вхід-ного струму випрямляючої установки тягової підстанції доповнюється неканоніч-ними гармоніками; одержано аналітичні вирази для розрахунків амплітуд некано-нічних гармонік;

  • одержало подальший розвиток застосування еквівалентного несиметрії гар-монійного діяння для визначення неканонічних гармонік вхідного струму випрям-ляючої установки;

  • вперше запропоновано структури замкнутих систем подавлення неканоніч-них гармонік вхідних струмів випрямляючої установки із вольтододатним пере-творювачем;

  • вперше, використовуючи імпульсну модель системи „тиристорний випрям-ляч – мережа”, виконано аналіз процесів подавлення неканонічних гармонік вхід-них струмів випрямляючої установки тягової підстанції;

  • вперше проведено оптимізацію параметрів керування вольтододатною уста-новкою для досягнення мінімального сумарного значення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції;

  • доведено за допомогою комп’ютерних моделей ефективність запропонова-них методів подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції.

^ Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи рекомендуються для практичного використання при модернізації та розро-бці нових випрямлячів тягових підстанцій з метою підвищення їх енергетичних показників, а також підвищенню якості електричної енергії в мережі.

Результати роботи впроваджено в Управлінні електрифікації та енергозабез-печення Укрзалізниці (м. Київ), НДІ ПО „ХЕМЗ” (м. Харків), МК „Енергозбере-ження” (м. Харків).

Теоретичні положення, викладенні в дисертаційній роботі використовуються в УкрДАЗТ при викладанні курсів „Електромагнітна сумісність”, „Інформаційні технології”, „Основи моделювання електромеханічних систем”, „Методи розраху-нків перетворювальних пристроїв”, дипломному проектуванні студентів спеціаль-ності „Електричний транспорт”.

^ Особистий внесок здобувача полягає, у тому, що всі положення дисертації отримано здобувачем самостійно. Серед них: дослідження електромагнітних про-цесів у випрямляючій установці з вольтододатковим випрямлячем; дослідження впливу несиметрії мережі на вхідні струми випрямляча тягової підстанції; дослі-дження динамічних властивостей системи „тиристорний випрямляч – мережа”; проведення оптимізації параметрів керування вольтододатною установкою для до-сягнення мінімального сумарного значення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції; дослідження ефекту компенсації неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції; розробка комп’ютерних моделей випрямлячів тягової підстанції із системою подавлення неканонічних гармонік; перевірка одержаних розрахункових співвідношень на цифрових моделях.

^ Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисер-таційної роботи доповідалися та обговорювалися на науково-технічних та науково-практичних конференціях: „Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації”, (м. Кременчук, 2005, 2007 рр.); „Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України, (м. Харків, 2005 р.); „Силова електроніка і ене-ргоефективність”, (м. Алушта, 2006, 2007 рр.); „Найновітніші технології та енер-гоефективність в світлотехніці та електроенергетиці”, (м. Харків, 2007 р.); „Елект-ромагнітна сумісність на залізничному транспорті”, (м. Дніпропетровськ, 2007 р.)

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано в 15 наукових працях, з яких 14   у фахових виданнях ВАК України.

^ Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, додатків, списку використаних джерел. Повний об’єм дисертації 203 сторінки, з них 33 ілюстрацій по тексту, 34 ілюстрації на 29 сторі-нках, 4 таблиці по тексту, 2 таблиці на 2 сторінках, 6 додатків на 15 сторінках, 112 найменувань використаних джерел на 11 сторінках.
^ ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульо-вано мету та задачі дослідження, викладено методи дослідження, викладено наукову новизну, практичне значення результатів дисертації та наведено відомості про апробацію роботи.

^ У першому розділі проведено аналіз основних показників якості електрич-ної енергії у відповідності до ГОСТ 13109-97 з точки зору впливу на них тягових підстанцій. Відзначено, що серед показників якості, на які в значній мірі вплива-ють споживачі електричної енергії, є коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги, коефіцієнт несиметрії напруги, коефіцієнт потужності.

Визначено методи поліпшення електромагнітної сумісності випрямляючої установки тягової підстанції з живильною мережею. Встановлено, що поліпшення електромагнітної сумісності тягової підстанції постійного струму з живильною мережею може бути досягнуто наступними методами: застосуванням силових схем випрямляючих установок із підвищеною еквівалентною пульсністю; зменшенням величини реактивної потужності та її змін, що спричиняються різкими змінами навантаження; використанням фільтрокомпенсуючих пристроїв; поліпшенням гар-монійного складу за допомогою силових фільтрів; зменшенням у вхідному струмі неканонічних гармонік, а саме застосуванням замкнутих структур регулювання.

При застосуванні багатопульсних схем в більшості випадків використову-ють 12-пульсні випрямлячі, що базуються на двох однакових 6-пульсних випрям-лячах при з’єднанні обмоток трансформатору у „зірку” та „трикутник”. При прак-тичній реалізації такої схеми виникає ряд труднощів, серед яких можна виділити, несиметрію живильної мережі та відхилення коефіцієнтів трансформації, що спри-чиняє генерацію неканонічних гармонік та порушує умови компенсації гармонік із номерами k=5, 7, 17, 19, ….

Для зменшення несинусоїдальності напруги мережі застосовують мережні фільтри та фільтрокомпенсуючі пристрої, що складаються з повздовжніх та попе-речних елементів. Такі фільтри мають ряд недоліків: низьку добротність, вони не можуть змінювати резонансну частоту, і можуть в перехідних процесах стати при-чиною виникнення резонансних явищ, мають великі масу та габарити.

Більш ефективним є застосування активних фільтрів. Вони дозволяють оде-ржати повну компенсацію реактивної потужності та сформувати струм живильної мережі синусоїдальної форми. Однак застосування активних фільтрів викликає до-даткові втрати в системі, що знижує коефіцієнт корисної дії.

Розглянуто відомі структурні схеми замкнутих систем регулювання некано-нічних гармонік вихідної напруги випрямляча. Відзначено, що застосування за-мкнутих систем подавлення неканонічних гармонік є достатньо ефективним засо-бом підвищення якості електричної енергії. Показано основні напрямки дослі-джень процесів компенсації неканонічних гармонік у вихідному колі перетворюва-ча: перший напрямок базується на методі параметричного регулювання, в основу другого закладена симетруюча дія від’ємного зворотного зв’язку. Обґрунтована перспективність подальшого дослідження та вдосконалення замкнутих структур регулювання.

Розділ завершується постановкою задач дослідження.

^ У другому розділі досліджено електромагнітні процеси у випрямляючій установці тягової підстанції з вольтододатним тиристорним перетворювачем (рис. 1), які визначають генерацію гармонік в живильну мережу. При аналізі електрома-гнітних процесів розглядались базові схеми діодного та тиристорного випрямлячів з пульсністю . Одержані результати поширюються і на схеми випрямлячів з більшою пульсністю.

Вихідна напруга випрямляючої установки з вольтододатним тиристорн-им перетворювачем визначається двома складовими







(1)


де   вихідна напруга діодного випрямляча ^ VD;   вихідна напруга вольто-додатного перетворювача VS.

Показано, що вплив випрямляючої установки на живильну мережу в повній мірі можна виразити через такі приведені параметри: відношення повної потужно-сті випрямляча до повної потужності короткого замикання, відносну напругу коро-ткого замикання випрямляча та відносний струм навантаження.

Показано, що гармонійний склад фазного струму випрямляючої установки з вольтододатним перетворювачем визначається як







(2)

де   модуль k-ої гармоніки,   вхідний струм тягової під-станції;   номінальне зна-чення вхідного струму тягової підстанції;   кут керування вольтододатним перетворюва-чем;

З формули (2) витікає, що гармонійний склад вхідного струму тягової підстанції форму-ється некерованою та керованою частинами випрямляючої уста-новки. Результуюче значення k-ої гармоніки вхідного струму визначається двома складовими






(3)


Перша складова являє собою вектор k-ої гармоніки струму, що формується діодним випрямлячем:







(4)

Модуль вектора k-ої гармоніки визначається струмом навантаження ви-прямляючої установки.






(5)

Модуль вектора залежить від коефіцієнта , кута керування та но-мера гармоніки. Фазова орієнтація даного вектора визначається кутом керування . Показано, що процес формування результуючого вектора гармоніки вхі-дного струму має наглядну інтерпретацію на комплексній площині (рис. 2).
При постійних величинах коефіцієнта і струму навантаження вектор , під дією зміни кута керування змінює свій модуль і фазовий зсув віднос-но вектора . При зміні кута керування в діапазоні вектор опи-сує відносно дійсної осі комплексної площини коло. Діаметр кола дорівнює







(6)

Для побудови результуючого вектора вектор добудовують в кінці вектора як це показано на рис. 2

За допомогою векторних діаграм на комплексній площині розкрито механізм генерації випрямляючою установкою із вольтододатним перетворювачем гармонік у живильну мережу. Встановлено, що в даній випрямляючій установці здій-снюється часткова компенсація гармонік вхідного струму з номерами , де . Ступінь компенсації є раціональною функцією кута керування вольтододатного перетворювача. Встановлення цього факту відкриває можливість регулювання амплітуд гармонік вхідного струму випрямляючої установки у спеці-альній замкнутій структурі автоматичного регулювання.

Показано, що запроваджування у склад випрямляча вольтододатного пе-ретворювача підвищує коефіцієнт потужності установки. Одержано аналітичний вираз коефіцієнта потужності




,

(7)


де   відповідно коефіцієнти потужності, спотворення та зсуву.

Наведені на рис. 3 залежності свідчать про те, що зміна кута керування в діа-пазоні змінює величини до значень, що характерні для діодного випрямляча пульсності m=6.
  1   2   3

Схожі:

Вхідних струмів тягової підстанції iconПодпись Дата Лист кп-ет-51. 07. 000008. 06. Эчсп зміст : Завдання курсового проекту
Визначити сумарну потужність споживачів підстанції. Обрати кількість І потужність силових трансформаторів І трансформаторів власних...
Вхідних струмів тягової підстанції iconЗадача Розрахунок електричного кола постійного струму Спростити схему...
Скласти систему рівнянь для вузлів І контурів схеми, користуючись законами Кірхгофа для визначення невідомих струмів ланцюга. Вирішити...
Вхідних струмів тягової підстанції iconУрок №5Виконання програми (проекту) з використанням процедур І функцій...

Вхідних струмів тягової підстанції iconКалендарно-тематичний план секції інформатика на 2007-2008 н р. вчитель: В. Царинський №
Поняття інформаційної моделі. Побудова моделі. Визначення вхідних даних та результатів. Їх співвідношення
Вхідних струмів тягової підстанції icon«Автоматизація обробки та аналізу біомедичної інформації при діагностиці хвороб серця»
З метою лікування та профілактики застосовують низку електротерапевтичних процедур, основаних на дії струмів низької частоти [1]....
Вхідних струмів тягової підстанції iconТема. Методи кількісного аналізу ризику
Суть методу полягає у виявленні чутливості оціночних по­казників проекту при зміні значень вхідних величин. Метод аналогій для оцінки...
Вхідних струмів тягової підстанції iconТарас Дрозд Присвячую мамі Дрозд Ользі Степанівні
Довжелезний стіл, вкритий скатертиною, дві лавки. Вхідних дверей не видно за довгими, до підлоги, завісами. Двоє дверей з кольоровими...
Вхідних струмів тягової підстанції iconБазові пакети : Пакет терміном на місяць
Пакет терміном на місяць. Означає Ви маєте активний факс-номер напротязі місяця та право протягом місяця відправити 30 факс/сторінок...
Вхідних струмів тягової підстанції iconТема. Логічні вирази
В усіх завданнях даної групи потрібно вивести логічне значення true, якщо наведене висловлювання для запропонованих вхідних даних...
Вхідних струмів тягової підстанції iconВ пристроях та системах електроживлення будь-якого призначення основними...
Джерела вторинного електроживлення забеспечують перетворення вхідної постійної або змінної напруги одного рівня до постійної або...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка