Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка регулятора пассивных фильтров для систем электроснабжения

Диссертация: Разработка регулятора пассивных фильтров для систем электроснабжения
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Одним из традиционных способов снижения несинусоидальности кривых тока и напряжения является использование пассивных фильтров. Пассивные фильтры представляют собой LC-цепи, настроенные в резонанс на частоты высших гармоник. Главным достоинством пассивных фильтров является низкая стоимость. Однако, наличие ряда серьезных недостатков таких, как низкая добротность, технологический разброс параметров… Читать ещё >

Разработка регулятора пассивных фильтров для систем электроснабжения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА I. НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ КРИВЫХ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (СЭ)
    • 1. 1. Источники высших гармоник тока и напряжения в СЭ
    • 1. 2. Влияние высших гармоник тока и напряжения на работу электрических и электронных аппаратов и других электротехнических устройств
    • 1. 3. Показатели качества и нормирование несинусоидальности кривых тока и напряжения
    • 1. 4. Способы снижения несинусоидальности в СЭ
  • Выводы по главе 1
  • ГЛАВА II. УСТРОЙСТВА ФИЛЬТРАЦИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
    • 2. 1. Пассивные фильтры
    • 2. 2. Активные фильтры
    • 2. 3. Регулируемые фильтры
  • Выводы по главе 2
  • ГЛАВА III. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПА УПРАВЛЕНИЯ И ЕГО СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ СЭ
    • 3. 1. Блок-схема и алгоритм работы системы управления
    • 3. 2. Анализ и определение эффективных методов управления, обеспечивающих требуемые функции в статическом режиме работы СЭ
    • 3. 3. Математическое и физическое моделирование СЭ с силовым регулируемым фильтром
    • 3. 4. Анализ факторов, влияющих на эффективность силового регулируемого фильтра в динамических режимах СЭ
  • Выводы по главе 3
  • ГЛАВА IV. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИЛОВОГО РЕГУЛИРУЕМОГО ФИЛЬТРА В ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ СЭ
    • 4. 1. Определение методов построения корректора параметров на основе нечеткой логики управления силового регулируемого фильтра
    • 4. 2. Разработка нечеткого корректора параметров системы управления силового регулируемого фильтра
    • 4. 3. Математическое моделирование силового регулируемого фильтра с улучшенными динамическими характеристиками в составе СЭ
  • Выводы по главе 4

Одним из традиционных способов снижения несинусоидальности кривых тока и напряжения является использование пассивных фильтров. Пассивные фильтры представляют собой LC-цепи, настроенные в резонанс на частоты высших гармоник. Главным достоинством пассивных фильтров является низкая стоимость. Однако, наличие ряда серьезных недостатков таких, как низкая добротность, технологический разброс параметров реакторов и конденсаторов фильтра, возможность возникновения опасных резонансных явлений и негативное влияние на переходные процессы в СЭ при установке фильтра привели к значительному сокращению и ограничению использования пассивных фильтров.

С развитием силовой электроники появилась возможность создания активных фильтров высших гармоник. Имея в своей основе четырехквадрантный преобразователь на полностью управляемых силовых полупроводниковых приборах, активный фильтр обеспечивает высокую эффективность фильтрации высших гармоник. Однако, широкое применение активных фильтров ограничивает их высокая стоимость, связанная с большой установленной мощностью. В связи с этим, наиболее перспективным направлением является разработка силовых регулируемых фильтров, представляющих собой комбинацию пассивного фильтра и активного элемента (регулятора) на базе маломощного активного фильтра. Практика применения показывает, что имеется необходимость фильтрации одной или нескольких высших гармонических составляющих в СЭ. Не имея недостатков пассивного фильтра, силовой регулируемый фильтр позволяет решить данную задачу при существенно меньшей стоимости устройства по сравнению с активным фильтром.

Особенно важным аспектом, не учитываемом в имеющихся разработках, является функционирование силового регулируемого фильтра в переходных (динамических) режимах работы СЭ, например, при подключении/отключении потребителей. В результате, несмотря на эффективную фильтрацию на частоте настройки в установившихся (статических) режимах СЭ, регулятор негативно влияет на переходной процесс в СЭ. Это связано с противоречивостью требований к регулятору в статических и динамических режимах работы СЭ.

Таким образом, необходима коррекция параметров системы управления активного элемента в динамических режимах, при этом полностью устраняя недостатки пассивного фильтра в статических режимах работы СЭ.

Данная задача и определила тему диссертационной работы.

Цель работы Улучшение характеристик силового регулируемого фильтра в статических и динамических режимах для обеспечения высокого качества фильтрации на частоте настройки и демпфирования резонансных явлений в СЭ.

Достижение цели исследования потребовало решения следующих научно-исследовательских и практических задач:

1. Проведение аналитического обзора современных научно-технических решений для снижения несинусоидальности в СЭ и выявление наиболее перспективных разработок с применением силовых электронных приборов.

2. Разработка нового способа управления, позволяющего улучшить характеристики силового регулируемого фильтра в переходных режимах, при сохранении высокого качества фильтрации на частоте настройки фильтра и демпфировании резонансных явлений в установившихся режимах СЭ.

3. Разработка корректора параметров системы управления силового регулируемого фильтра СЭ на основе нечеткой логики;

4. Разработка математических моделей силового регулируемого фильтра в составе СЭ.

Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы методы математического анализа (дифференциальное исчисление, матричная и векторная алгебра), методы теории электрических цепей, численные методы решения уравнений на ЭВМ, методы теории автоматического управления (частотные характеристики и частотный анализ качества), методы цифрового моделирования и численного анализа.

Обоснованность и достоверность результатов. Справедливость теоретических положений подтверждается результатами компьютерного и физического моделирования, использованием апробированных методов анализа электромагнитных процессов в силовых электронных устройствах и корректностью принятых допущений.

Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты: — Впервые предложен способ управления активным элементом силового регулируемого фильтра, основанный на создании управляемого импеданса в широком частотном диапазоне, улучшающий качество фильтрации в статических и динамических режимах СЭ.

— Впервые предложена коррекция параметров системы управления регулятора с использованием аппарата нечеткой логики, позволяющая улучшить динамические характеристики при различных возмущениях.

— Разработаны математические модели, позволяющие оценить технические характеристики силового регулируемого фильтра в различных режимах работы СЭ.

Практическая ценность. Результатом выполненной работы стала разработка схемотехнических решений и методов управления для создания силовых регулируемых фильтров с улучшенными характеристиками. Результаты работы могут быть использованы при разработке различных типов активных и регулируемых фильтров, а также для модернизации пассивных фильтров, находящихся на эксплуатации в составе СЭ.

Реализация работы. Полученные результаты использованы в работах проводимых кафедрой ЭиЭА МЭИ (ТУ) совместно с ОЭМИП ФГУП НИИЭМ по разработке макетных образцов серии устройств для повышения качества электроэнергии.

Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях: МКЭЭ'2000 (Россия), РЭЭ'2001;2003 (Россия), СЭЭ'2002;2003 (Украина), а также на заседаниях кафедры Электрических и Электронных Аппаратов в 2000;2005 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, работа над диссертацией отмечена стипендией Ученого Совета МЭИ'2001;2002.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы составляет 154 стр. и содержит 67 рисунков, 12 таблиц, 80 наименований списка литературы и приложение.

Основные результаты и выводы диссертационной работы заключаются в следующем:

1) Разработан новый способ управления силовым электронным регулятором параметров пассивного фильтра, основанный на создании управляемого импеданса в широком частотном диапазоне, улучшающий качество фильтрации в статических и динамических режимах СЭ;

2) Показано, что последовательное подключение регулятора к пассивной части и использование обратной связи по току высших гармоник сети на базе преобразования во вращающихся координатах с ФАПЧ синхронизацией и фильтрами постоянных составляющих позволяет существенно повысить качество фильтрации на частоте настройки и полностью устранить резонансные явления, вызываемые как несинусоидальностью тока потребителя, так и несинусоидальностью напряжения сети;

3) Разработан корректор параметров фильтров низких частот канала выделения высших гармоник тока сети для системы управления силового электронного регулятора, обеспечивающий высокое качество переходных процессов на выходе регулятора с сохранением высокой эффективности фильтра в статических режимах;

4) Показано, что использование нечеткой логики для коррекции параметров системы управления позволяет существенно улучшить динамические характеристики силового регулируемого фильтра. В перспективе, корректор может быть использован с расширением диапазона различных видов возмущений, а также для системного управления;

5) Разработана математическая модель пассивного фильтра с силовым электронным регулятором в программном комплексе MatLab, позволяющая оценить эффективность фильтрации в статических и динамических режимах СЭ.

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю. К. Основы силовой электроники.— М.: Энергоатомиздат, 1992.- 296 с.
  2. N., Underland Т. М., Robbins W. P. Power Electronics Converters, application and design New York: John Wiley and Sons, 1995 — 820 p.
  3. Skvarenina Т. Power Electronics Handbook.- Boca Raton: CRC Press, 2002.664 p.
  4. Rashid M. Power Electronics Handbook.- В.: Academic Press, 2001.-895 p.+
  5. Sabin D., Sundaram A. Quality Enhances Reliability // Spectrum IEEE.- 1996. № 2.-P. 38−44.
  6. Redl R., Tenti P., Van Wyk J.D. Power electronics' polluting effects // Spectrum IEEE.- 1997.- № 5.- P. 32−39.
  7. Cameron M. M. Trends in Power Factor Correction with Harmonic Filtering // Spectrum IEEE.- 1993.- № 7.- P. 458.
  8. Pitel I., Talukdar S. A review of the effects and suppression of power converter harmonics // IAS annual meeting: Тез. докл.- W., 1977.-P. 119- 127.
  9. И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий.- М.: Энергоатомиздат, 1984, — 272 с.
  10. Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии-М.: Энергоатомиздат, 1985.—224 с.
  11. Электротехническая продукция Schneider Electric: Каталог / Schneider Electric.- P., 2002.- 105 с.
  12. Испытания макетных образцов компенсированных выпрямительно-инверторных преобразователей на электровозе BJI85−023: Отчет о НИР / ВНИИЖТ- Госрегистрация № 1 870 054 572.-М., 1987.-107 с.
  13. Н. Н., Татарников В. А., Бибинеишвили 3. Г. Улучшение энергетики электровозов переменного тока / Железнодорожный транспорт.- 1988.- № 7.- С.33−37.
  14. Ю. М. Повышение качества электроэнергии, потребляемой электровозом однофазно-постоянного тока, на основе применения гибридного компенсатора реактивной мощности: Дис.. докт. техн. наук.- М., МЭИ, 2002.- 180 с.
  15. В. П., Москалев А. Д. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания // Практическая силовая электроника. Науч.-техн.сб. / Под ред. Малышкова Г. М., Лукина А. В.— М.: АОЗТ ММП-Ирбис, 2002.- с.8−15.
  16. В. П., Москалев А. Д. Способы подавления высших гармоник тока в системах электропитания — М.: АОЗТ ММП-Ирбис, 2002 — 8 с.+
  17. Houdek J. A. Economical Solutions to Meet Harmonic Distortion Limits.- P.: MTE Corporation, 1999.-5 p.
  18. Dugan R. C., McGranaghan M. F., Beaty H. W. Electrical Power Systems Quality.- L.: McGraw-Hill, 1996.- 265 p.
  19. ГОСТ 13 109–97. Показатели качества электроэнергии.- М.: Изд-во стандартов, 1999.- 25 с.
  20. Fujita Н., Yamasaki Т., Akagi Н. A hybrid active filter for damping of harmonic resonance in industrial power systems // IEEE transactions on power electronics.- 2000.- vol.15.- № 2.- P. 215−222.
  21. Collombet C., Lupin J. M., Shonek J. Harmonic disturbances in networks and their treatment // Schneider Electric cahiers techniques.— 1999.— № 152.— 31 p.
  22. Электрические и электронные аппараты: Учебник для ВУЗов / под ред. Ю. К. Розанова.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Информэлектро, 2001- 421 с.
  23. Collombet М., Lacroix В. LV circuit breakers confronted with harmonics, transients and cyclic currents // Schneider Electric cahiers techniques 1999-№ 192.- 16 p.
  24. А. И., Москалев Б. А. Электромагнитная совместимость электровозов с системой тягового электроснабжения // Сб. трудов 2 Международного симпозиума / МИИТ.— 1990.- С.136−137.
  25. A.M., Иньков Ю. М., Коваливкер Г. Н., Литовченко В. В. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными тяговыми двигателями —Рига: Зинатие, 1991.-352 с.
  26. P.P. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока.- М.: Транспорт, 1973.- 224 с.
  27. EN 50 160. Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems D.: Standards, 1999 — 38 p.
  28. IEC 61 000−3-2. Electromagnetic compatibility (EMC). Limits for harmonic current emissions (equipment input current up to and including 16 A per phase).- D.: Standards, 2001- 30 p.
  29. IEC 61 000−3-4. Electromagnetic compatibility (EMC). Limitation of emission of harmonic currents in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16 A.— D.: Standards, 1998.- 75 p.
  30. IEC 61 000−2-2. Electromagnetic compatibility (EMC). Environment -Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signalling in public low-voltage power supply systems.- D.: Standards, 1990.- 57 p.
  31. IEC 61 000−2-4. Electromagnetic compatibility (EMC). Environment -Compatibility levels in industrial plants for low-frequency conducted disturbances.-D.: Standards, 1994.-75 p.
  32. IEEE-519. IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems,.- W.: JSC, 1992 65 p.
  33. Guide to harmonics with AC drives S.: ABB Industry, 2002 — 32 p.
  34. Harmonic filters application and design.- Barselona: Circutor S.A., 2001.-151. P
  35. JI. А. Основы теории и проектирования оптимальных фильтрокомпенсирующих устройств для преобразователей: Дис.. докт. техн. наук М., МЭИ, 2002 — 133 с.
  36. В. Н., Сысоева Н. Г., Худяков В. В. Электропередачи и вставки постоянного тока и статические тиристорные компенсаторы— М.: Энергоатомиздат, 1993.-420 с.
  37. В. С., Соколов В. И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий.— М.: Энергоатомиздат, 1987.- 336 с.
  38. L., Stricula Е. С. Active AC Power Filters // IAS annual meeting: Тез. докл.- В., 1976.- P. 529−535.
  39. Stacey E. J., Strycula E. C. Hybrid power filters // IAS annual meeting: Тез. докл.- W., 1977.-P. 1133−1140.
  40. Чжан Дайжун. Исследование активных фильтров-компенсаторов на базе мостового инвертора для динамической компенсации неактивной составляющей мощности: Дис.. канд. техн. Наук —М., МЭИ, 1993.— 129 с.
  41. М. В. Регулятор качества электроэнергии: Дис.. канд. техн. наук.- М., МЭИ, 1999.- 119 с.
  42. А. А. Регулятор качества электроэнергии с расширенной областью функциональных возможностей: Дис.. канд. техн. наук — М., МЭИ, 2002.-133 с.
  43. И. В. Исследование и разработка регулятора сетевого фильтра высших гармоник для систем автономного электроснабжения: Дис.. канд. техн. наук М., МЭИ, 1993.- 146 с.
  44. А.В. Анализ и разработка способов улучшения электромагнитной совместимости в автономных системах электроснабжения: Дис.. канд. техн. наук.-М., МЭИ, 1999.- 155 с.
  45. Д. Анализ и исследование нового класса силовых фильтров для трехфазных промышленных сетей 380 В: Дис.. канд. техн. наук.- М., МЭИ, 2000.- 162 с.
  46. Электротехническая продукция Electronicon: Каталог / Electronicon.— М., 2002.- 30 с.
  47. К. С. Теоретические основы электротехники: Учебник для ВУЗов. В 3-х томах. Том 1. Изд. 4 М.: Изд-во СПБ Питер, 2004 — 463 с.+
  48. Электротехнический справочник: В 4 т. / под. ред. Герасимова В. Г.- М.: Изд-во МЭИ, 2003. Т. 2.- 518 с.
  49. Akagi Н. New trends in active filters for power conditioning // IEEE Transactions on industry applications 1996 — vol.32.-№ 6 — P. 1312−1322.
  50. Akagi H. Control strategy and site selection of a shunt active filter for damping of harmonic propagation in power distribution systems // IEEE Transactions on power delivery 1997.- vol.12.- № 1.- P. 354−363.
  51. Ю. К., Рябчицкий M. В., Кваснюк А. А. Новые функции активного фильтра // Межвузовский сборник научных трудов / ЧГУ — 1998.- С. 45−49.
  52. Le Roux A. D., Mouton Hd. Т., Akagi Н. Digital control of an integrated series active filter and diode rectifier with voltage regulation // IEEE Transactions on industry applications.- 2003 — vol.39.- № 6.- P. 1814−1820.
  53. Aredes M., Monteiro L. F. C., Mourente J. Control strategies for series and shunt active filters // IEEE PowerTech Conference Proceedings: Тез. докл.— В., 2003.- P. 23−29.
  54. Hyosung К., Akagi H. The instantaneous power theory on the rotating p-q-r reference frames // Power Electronics and Drive Systems Conference: Тез. докл.- Т., 1999.- P. 422−427.
  55. Ю. К., Рябчицкий М. В., Кваснюк А. А. Гринберг Р. П. Эффективность фильтрации токов высших гармоник средствами силовой электроники // Вторая всероссийская научно-техническая конференция
  56. Устройства и системы энергетической электроники": Тез. докл.— М., 2000.- С. 76−78.
  57. Ю. К., Гринберг Р. П. Вопросы управления гибридными фильтрами // IV Международная конференция «Электротехника, Электромеханика и Электротехнологии»: Тез. докл.— Клязьма, 2000.— С. 365−366.
  58. Bhattacharia S., Divan D. M., Banejee B. Active filter solutions for utility interface // IEEE ISIE conference: Тез. докл.- P., 1995.- P. 53−61.
  59. Fujita H., Akagi H., Nabae A. A combined system of shunt passive and series active filters an alternative to shunt active filters // EPE conference: Тез. докл.— S., 1991.-P. 12−17.
  60. П. Проектирование ключевых источников электропитания.— М.: Энергоатомиздат, 1990 420 с.
  61. Ф. И. Статические агрегаты бесперебойного питания— М.: Энергоатомиздат, 1992 288 с.
  62. Г. М., Ковалев Ф. И. Сравнительный анализ трех способов управления импульсными следящими инверторами // Электричество.— 1989 № 2.- с. 29−37.
  63. Srianthumrong S., Fujita Н., Akagi Н. Stability analysis of a series active filter integrated with a double series diode rectifier // IEEE Transactions on power electronics 2002 — vol.17.- № 1- P. 117−124.
  64. В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств Oread 9.2 М.: Солон-Р, 2001.- 700 с.
  65. Ю. К., Рябчицкий М. В., Кваснюк А. А. Гринберг Р. П. Моделирование энергетических систем с фильтрами высших гармоник //
  66. Международная научно-техническая конференция «Силовая электроника и энергоэффективность»: Тез. докл.— Алушта, 2000 С. 44−45.
  67. А. Н., Кулинич Ю. М., Гринберг Р. П. Повышение коэффициента мощности электровоза // Электротехника 2002.— № 5 — С. 11−16.
  68. В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB: Специальный справочник СПб: Питер, 2001.—480 с.
  69. В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем: Специальный справочник.- СПб: Питер, 2002 — 448 с.
  70. Герман-Галкин С. Компьютерное моделирование преобразователей в пакете Matlab.- М.: Корона Принт, 2001.- 320 с.
  71. CSNA-111: Product Datasheet / Honewell Inc.- В., 2002 5 p.
  72. Isolation Amplifier HCPL 7800: Datasheet / Agilent Technologies- LA., 2002. 10 p.
  73. IR components: Catalogue / International Rectifier C., 2001.- 250 p.+
  74. C167CR derivatives: user’s manual / Infineon Technologies- M., 2002.- 4801. P
  75. К., Ватада Д., Иваи С. Прикладные нечеткие системы: Пер. с нем.— М.: Мир, 1993.-368 с.
  76. Zadeh L. A. Fuzzy Sets // Information and control.- 1965.-№.8.- P. 338 -353.
  77. Mamdani E. H., Assilian S. An Experiment in Linguistic Synthesis with a Fuzzy Logic Controller // In Int. J. Man-Machine Studies 1975 — vol.7.- P. 32−39.
  78. Dell’Aquilla A., Liserre M., Cecatti C., Ometto A. A Fuzzy logic CC-PWM three-Phase AC-DC converter // IAS Conference: Тез. докл.- W., 2000 P. 987−992.
  79. Dell’Aquilla A., Lecci A., Zanchetta P., Sumner M., Palethorpe B. Novel voltage control for active shunt power filters // ISIE conference: Тез. докл.-H., 2002.- P. 924−929.
  80. M. В., Гринберг Р. П. Регулятор электрических параметров силового резонансного фильтра // Международная научно-техническая конференция «Силовая электроника и энергоэффективность»: Тез. докл.— Киев, 2002.- С. 40−43.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!