Вхідних струмів тягової підстанції
Скачати 301.12 Kb.
|
| 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.
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.
^ 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. ^ 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:
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. ^
^ 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”. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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
де  вихідна напруга діодного випрямляча ^ ;  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
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
Перша складова являє собою вектор k-ої гармоніки струму, що формується діодним випрямлячем:
Модуль вектора  k-ої гармоніки визначається струмом навантаження ви-прямляючої установки.
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
Для побудови результуючого вектора вектор добудовують в кінці вектора як це показано на рис. 2За 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
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. |
,Схожі:
 | Подпись 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... | | Задача Розрахунок електричного кола постійного струму Спростити схему... Скласти систему рівнянь для вузлів І контурів схеми, користуючись законами Кірхгофа для визначення невідомих струмів ланцюга. Вирішити... |
| Урок №5Виконання програми (проекту) з використанням процедур І функцій... |  | Календарно-тематичний план секції інформатика на 2007-2008 н р. вчитель: В. Царинський № Поняття інформаційної моделі. Побудова моделі. Визначення вхідних даних та результатів. Їх співвідношення |
| «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].... | | Тема. Методи кількісного аналізу ризику Суть методу полягає у виявленні чутливості оціночних показників проекту при зміні значень вхідних величин. Метод аналогій для оцінки... |
| Тарас 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... | | Базові 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... |
| Тема. Логічні вирази В усіх завданнях даної групи потрібно вивести логічне значення true, якщо наведене висловлювання для запропонованих вхідних даних... | | В пристроях та системах електроживлення будь-якого призначення основними... Джерела вторинного електроживлення забеспечують перетворення вхідної постійної або змінної напруги одного рівня до постійної або... |