Введение 3
1. Обзор устройств компенсации и их электрических схем 5
2. Моделирование полупроводникового компенсатора 33
2.1. Разработка модели компенсатора в MATLAB Simulink 33
2.2. Симуляция работы компенсатора на семейства нагрузок 43
3. Влияние параметров компенсатора на качество компенсации различных нагрузок 46
3.1 Построение зависимостей номиналов элементов компенсатора от параметров нагрузки 46
3.2. Аналитическое описание выявленных зависимостей 50
Заключение 88
Список использованной литературы 89
В современных условиях дефицита энергоресурсов главенствующую роль приобретают проблемы энергосбережения. Стратегическая задача России - обеспечить к 2020 году снижение энергоемкости валового внутреннего продукта на 40%.
Огромное влияние на потери электрической энергии в сетях оказывает реактивная мощность, что приводит не только к увеличению потерь энергии, но и к снижению пропускной способности сетей, увеличению потерь напряжения и как следствие к снижению качества электрической энергии.
Для уменьшения реактивной мощности в электрических сетях и снижения негативных последствий, вызываемых ею, должна осуществляться компенсация реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности обеспечивает соблюдение условия баланса реактивной мощности, способствует снижению потерь энергии в электрических сетях, увеличению их пропускной способности, а также позволяет осуществлять регулирование напряжения за счет применения компенсирующих устройств. Поэтому компенсация реактивной мощности может рассматриваться как достаточно актуальное и эффективное направление энергосбережения.
Реактивная мощность необходима для создания переменных магнитных полей в индуктивных нагрузках. Однако непосредственно полезную работу она не выполняет. Тем не менее, реактивная мощность оказывает значительное влияние на такие параметры системы электроснабжения, как потери мощности и электроэнергии, уровни напряжения в узлах электрической сети и повышает требования к энергоснабжающему оборудованию.
В целях снижения реактивной мощности в электрических сетях должна осуществляться компенсация реактивной мощности. В общем случае под компенсацией реактивной мощности понимается снижение реактивной мощности, циркулирующей между источником и потребляющими её нагрузками. Компенсация реактивной мощности обеспечивает соблюдение условия баланса реактивной мощности, снижает потери мощности и электроэнергии в сети, а также позволяет осуществлять регулирование напряжения посредством применения специальных компенсирующих устройств. Технические мероприятия по компенсации реактивной мощности заключаются в установке компенсирующих устройств в соответствующих точках системы электроснабжения.
Цели и задачи исследования
Наиболее распространенными техническими средствами компенсация реактивной мощности являются:
1. конденсаторные батареи;
2. синхронные компенсаторы;
3. статические полупроводниковые компенсаторы.
Работа устройств зависит в значительной степени от нагрузки, компенсацию мощности которой они осуществляют.
Анализ средств компенсации и их электрических схем позволяет сформулировать цель диссертационной работы как построение зависимостей номиналов элементов электрической схемы полупроводникового компенсатора от параметров компенсируемой нагрузки.
Для достижения этой цели необходимо решить ряд важных задач:
1. Выполнить обзор существующих схем полупроводниковых компенсаторов.
2. Выбрать и разработать имитационную модель полупроводникового компенсатора.
3. Промоделировать работу схемы компенсатора в Simulink и построить зависимости номиналов элементов компенсатора от параметров нагрузки.
В данной работе было проведено исследование влияния полупроводникового компенсатора на качество компенсации различных нагрузок. Была выбрана система промышленная сеть - полупроводниковый компенсатор - нагрузка и проведено ее моделирование в MATLAB Simulink. Показано влияние нагрузок на требуемые параметры компенсатора индуктивность и емкость конденсатора силовой схемы. Проведен обзор существующих схем полупроводниковых статических компенсаторов, исследований и проблем в области энергоэффективности.
Система управления позволяет поддерживать на заданном уровне действующее напряжение на нагрузке на протяжении всего времени работы устройства, осуществляя, таким образом, стабилизацию параметров работы. Дополнительно система управления выполняет пускозащитные функции. В ней предусмотрена аварийная остановка схемы при превышении допустимых параметров тока. Во всех режимах система сигнализирует о неисправности.
1. H. Jin, G. Goos and L. Lopes, “An Efficient Switched-Reactor-Based Static Var Compensator”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 30, N° 4, July/August 1994, pp. 997-1005.
2. J. W. Dixon , Y. del Valle, M. Orchard, M. Ortuzar, L.Moran and C. Maffrand, “A Full Compensating System for General Loads, Based on a Combination of Thyristor Binary Compensator, and a PWM-IGBT Active Power Filter”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.50, N° 5, October 2003, pp. 982- 989.
3. Juan Dixon and Luis Moran, "A Clean Four-Quadrant Sinusoidal Power Rectifier, Using Multistage Converters for Subway Applications", IEEE Trans. On Industrial Electronics, Vol. 52, N° 3, June 2005.
4. Rolf Grunbaum, Ake Petersson and Bjorn Thorvaldsson, “FACTS, Improving the performance of electrical grids”, ABB Review, March 2003, pp. 11-18.
5. T. J. Miller, “Reactive power Control in Electric Systems,” John Willey & Sons, 1982.
6. Бар В. И. Электротехнологические установки и их источники питания : Основы теории и проектирования : учеб. пособие / В. И. Бар; ТГУ ; Электротехн. фак. ; каф. "Пром. электроника". - ТГУ. - Тольятти : ТГУ, 2009. - 154 с. : ил. - Библиогр.: с. 151-153. - 49-55
7. Баранов В. Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы (+CD), 2-е изд. испр. -М.: Издательский дом «Додэка- ХХ1», 2006. 288 е.: ил. (серия «Мировая электроника»).
8. Башарин С.А., Федоров B.B. Теоретические основы электротехники: Теория электрических цепей и электромагнитного поля 4-е изд., перераб. и доп., 4-е изд., перераб. и доп., ВУЗ.
9. Бессонов JI. А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учебник для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. -7-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. Школа, 1978 - 528 е., ил.
10. Васильев A.C. Перспективы совершенствования источников питания для сварки и резки // Сварочное производство, 1995 №5 С. 32-33.
11. Васильев А. А., Крючков И. П. Электрическая часть станций и подстанций / Под ред. А. А. Васильева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.
12. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.
13. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышения качества электроэнергии. М.: Энерго - атомиздат, 1985. 224 с.
14. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергоиздат, 1981. 200 с.
15. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высш. Школа, 1982. 496 с.
...