Ільїна Ольга Володимирівна. Енергозберігаючі напівпровідникові перетворювачі для комунальних мереж електропостачання

brief description

Ільїна Ольга Володимирівна. Енергозберігаючі напівпровідникові перетворювачі для комунальних мереж електропостачання : Дис... канд. наук: 05.09.12 - 2008.

Ільїна О.В. Енергозберігаючі напівпровідникові перетворювачі для комунальних мереж електропостачання. Рукопис.
Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.09.12 напівпровідникові перетворювачі електроенергії. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут” Харків - 2008.
Дисертація присвячена розробці методів зниження втрат електроенергії в комунальних системах електропостачання при одночасному поліпшенні її якості за рахунок застосування енергозберігаючих напівпровідникових перетворювачів, розробці методів розрахунку і способів керування такими перетворювачами. Показано можливість значного збільшення ККД систем електропостачання за рахунок компенсації змінної складовий миттєвої активної потужності одночасно з компенсацією миттєвої реактивної потужності за допомогою активного компенсатора, що підключається паралельно навантаженню і має накопичувач енергії. Отримано співвідношення для розрахунку параметрів ємнісних і індуктивних накопичувачів енергії активних компенсаторів на базі перетворювачів різних типів. Запропоновано нові функціональні схеми систем автоматичного керування активним компенсатором на основі крос-векторної та p-q-r теорій потужності, що забезпечують повну компенсацію миттєвої реактивної потужності при будь-яких видах навантаження.
Ключові слова:активний компенсатор, силовий активний фільтр, система електропостачання, компенсація миттєвої реактивної потужності, корекція форми струму мережі.

У дисертаційній роботі вирішені науково-практичні задачі обґрунтованого зниження втрат електроенергії в комунальних системах електропостачання при одночасному поліпшенні її якості за рахунок застосування енергозберігаючих напівпровідникових перетворювачів, а також розробки методів розрахунку і способів керування такими перетворювачами. При цьому отримані наступні наукові результати:
1. Показано адекватність сучасного уявлення про миттєві активну і реактивну потужності. Миттєва активна потужність дорівнює скалярному добутку просторових векторів напруги і струму і характеризує швидкість передачі енергії в трифазній системі електропостачання. Вектор миттєвої реактивної потужності дорівнює векторному добутку просторових векторів напруги і струму і характеризує додаткові втрати енергії в системі електропостачання. Рівність нулю модуля вектора реактивної потужності відповідає мінімуму додаткових втрат енергії.
2. Надано якісні і кількісні оцінки ефекту підвищення сумарного ККД системи електропостачання за рахунок компенсації пульсацій у графіках миттєвої активної потужності навантаження. Показано, що цей ефект у ряді випадків може бути не меншим за ефект від повної компенсації реактивної потужності. У комунальних мережах електропостачання теоретична можливість підвищення ККД складає 412%.
3. Розроблено методику розрахунку еквівалентних опорів мережі комунального електропостачання, що враховує опір високовольтних і низьковольтних кабелів і обмоток трансформатора, а також методику обробки результатів моніторингу добових і тижневих графіків навантажень. Обидві методики випробувані при дослідженнях режимів роботи на ТП 18 у м. Дергачі, що виконувалися разом з АК "Харківобленерго" за допомогою цифрового приладу "Энергомонитор ЭМ 33".
4. Сформульовано вимоги до активного компенсатора для комунальних мереж електропостачання: максимальна швидкодія, можливість підключення паралельно навантаженню, наявність накопичувача енергії, принаймні, невеликої енергоємності, достатньої для компенсації пульсацій активної потужності з подвійною частотою мережі і більш високими частотами. Як основну схему активного компенсатора обрано схему автономного інвертора напруги з ємнісним накопичувачем енергії.
5. Розроблено систему керування активним компенсатором, що забезпечує компенсацію високочастотних пульсацій миттєвої активної потужності (з частотою 100 Гц і вище) і повну компенсацію реактивної потужності. Показано, що найкращі якісні показники має система керування, синтезована на основі p-q-r теорії потужності.
6. Показано, що традиційні перетворення Парка - Горєва з просторових декартових координатabcу координати0абоdq0при описі трифазної чотирипровідній системи дають погрішність, що полягає у відсутності рівності миттєвої активної потужності до і після перетворення, тобто в порушенні закону збереження енергії. Запропоновано модифікацію перетворень, що усуває цю погрішність.
7. Отримано альтернативну форму прямих і зворотних перетворень координат з0уpqrчерез косинуси кутів повороту осей, які спрощують алгоритм роботи системи керування.
8. Виконано порівняння трьох систем активних компенсаторів: на основі інвертора напруги і конденсаторного накопичувача; на основі інвертора струму і НПІН; на основі компенсованого керованого випрямляча і НПІН. Показано, що в даний час у схемі автономного інвертора напруги з конденсаторним накопичувачем енергії можлива ефективна, при підвищенні сумарного ККД, компенсація пульсацій активної потужності з періодом повторюваності в декілька секунд.
9. Розроблено Matlab-модель системи електропостачання житлового будинку з АК, підключеним паралельно навантаженню, системи керування яким виконані на основі кросс-векторної і p-q-r теорій потужності. Результати дослідження Matlab-моделі цілком підтвердили отримані в дисертації теоретичні висновки і показали працездатність схеми при будь-яких типах асиметричних навантажень фаз, аж до обриву одного чи навіть двох фазних кабелів. В усіх випадках підключення активного компенсатора цілком симетрує систему так, що струми мережі стають синусоїдальними, співпадаючими за фазою з напругами мережі, сумарний ККД зростає на кілька відсотків і підвищується напруга на навантаженні.