Моделирование статического компенсатора реактивной мощности и мощности искажений на базе каскадного многоуровневого инвертора
Диссертация
Интеллектуальная сеть — это совокупность подключенных к генерирующим источникам и потребителям интеллектуальных устройств, одним из которых является активное электротехническое сетевое оборудование, способное гибко менять характеристики передачи или преобразования электроэнергии для оптимизации режимов сети по нескольким критериям: пропускная способность, уровень технологических потерь… Читать ещё >
Содержание
- Перечень условных сокращений
- ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КРУПНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
- 1. 1. Промышленные электротехнические комплексы средней и большой мощности
- 1. 1. 1. Электротермическое оборудование
- 1. 1. 2. Установки для производства озона
- 1. 1. 3. Электропривод с полупроводниковыми преобразователями
- 1. 1. 4. Системы импульсного питания технологических лазеров
- 1. 2. Анализ режимов и энергетических характеристик дуговой плавильной печи постоянного тока
- 1. 3. Обзор устройств повышения коэффициента мощности
- 1. 3. 1. Статические тиристорные компенсаторы
- 1. 3. 2. Статический синхронный компенсатор
- 1. 3. 3. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы
- 1. 3. 4. Фильтрокомпенсирующие устройства
- 1. 3. 5. Компенсаторы мощности искажений
- 1. 1. Промышленные электротехнические комплексы средней и большой мощности
- 2. 1. Корректор коэффициента мощности на базе СТАТКОМ
- 2. 2. Инверторы напряжения для СТАТКОМ
- 2. 2. 1. Сравнение двухуровневого и трехуровневого инвертора
- 2. 2. 2. Топологии многоуровневых инверторов
- 2. 2. 2. 1. Многоуровневый инвертор с фиксированной нейтралью
- 2. 2. 2. 2. Многоуровневый инвертор с навесными конденсаторами
- 2. 2. 2. 3. Многоуровневый инвертор на полумостовых модулях
- 2. 2. 2. 4. Каскадный многоуровневый инвертор
- 2. 2. 2. 5. Многопульсный инвертор
- 2. 2. 2. 6. Каскадный инвертор со смешанными уровнями
- 2. 2. 3. Сравнительный анализ многоуровневых инверторов применительно к ККМ
- 2. 3. Оптимизация пассивных компонентов в системе ККМ
- 2. 3. 1. Конденсаторная батарея
- 2. 3. 2. Фазный реактор
- 3. 1. Математический аппарат определения тока компенсации
- 3. 2. Математическая модель ККМ на базе каскадного многоуровневого инвертора
- 3. 2. 1. Ключевая функция
- 3. 2. 2. Усредненная модель в АВС-координатах
- 3. 2. 3. Усредненная модель в синхронных сЩ координатах
- 3. 2. 4. Малосигнальная модель в синхронных сЩ координатах
- 3. 2. 5. Передаточные функции ККМ
- 3. 2. 6. Влияние быстродействия системы на передаточные функции
- 3. 3. Расчет регулировочных звеньев системы управления ККМ по логарифмическим амплитудно-частотным и фазо-частотным характеристикам передаточных функций. Имитационное моделирование ККМ
- 3. 3. 1. ПИД^ и ПИДк, регуляторы системы управления
- 3. 3. 2. ПИе регулятор системы управления
- 3. 3. 3. Оптимизация регуляторов системы управления
- 3. 3. 4. Исследование усредненной математической модели ККМ
- 4. 1. Алгоритм системы управления ККМ
- 4. 1. 1. Принципы построения системы управления
- 4. 1. 2. БлокШИМ
- 4. 1. 3. Блок определения границ и коэффициента заполнения
- 4. 1. 4. Блок определения направления и полярности потока мощности
- 4. 1. 5. Блок сортировки
- 4. 1. 6. Генератор индексов
- 4. 1. 7. Таблица состояния ключей
- 4. 1. 8. Широтно-импульсная модуляция
- 4. 2. Имитационное моделирование в Simulink
- 4. 3. Схемотехнические решения макета ККМ
Список литературы
- Андриевских, Б.Р. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MatLab / Б. Р. Андриевских, А. Л. Фрадков. СПб.: Наука, 1999.
- Александров, Г. Н. Передача электрической энергии переменным током / Г. Н. Александров. Л.: Энергоатомиздат, 1990.
- Александров, Т.Н. Электропередачи переменного тока на основе компактных линий повышенной пропускной способности и управляемых шунтирующих реакторов / Г. Н. Александров. Электричество, 1994, № 6.
- Алтунин, Б.Ю. Математическая модель компенсатора неактивной мощности на базе многоуровневого инвертора с зонной ШИМ на высокой частоте / Б. Ю. Алтунин, И. А. Карнавский // Труды НГТУ им. P.E. Алексеева. Н. Новгород, 2010. № 4(83). — С. 219−225.
- Бессонов, JT.A. Теоретические основы электротехники / JI.A. Бессонов. -М.: Высшая школа, 1984.
- Бессонов, JI.А. Нелинейные электрические цепи / JI.A. Бессонов. -М.'.Высшая школа, 1977.
- Болотов, А. В. Электротехнологические установки / А. В. Болотов, Г. А. Шепель. Москва: Высш. шк., 1988. — 335 С.
- Борисов, Б.П. Повышение эффективности использования электроэнергии в системах электротехнологии / Б. П. Борисов, Г. Я. Вагин, А. Б. Лоскутов, А. К. Шидловский. Киев: Наукова Думка, 1990.
- Борисов, Б.П. Электроснабжение электротехнологических установок / Б. П. Борисов, Г. Я. Вагин. Киев: Наукова Думка, 1985.
- Булатов, О.Г. Мощные источники питания для технологических СО2 лазеров / О. Г. Булатов, В. Д. Поляков. Электротехника, 1994. № 10. — С. 23−27.
- Булатов, О.Г. Рациональная структура источников питания мощных лазерных технологических установок /B.C. Иванов, В. Д. Поляков, Ю. А. Силантьев, А. И. Царенко // Электротехника, 1987. № 11. — С. 24−26.
- Вагин, Г. Я. Электромагнитная совместимость дуговых печей и системэлектроснабжения /Г.Я. Вагин, A.A. Севостьянов, С. Н. Юртаев // Труды НГТУ им. P.E. Алексеева. Электротехника и электроэнергетика. — Н. Новгород, 2009. № 2(81).
- Вагин, Г. Я. Повышение качества электроэнергии и компенсация реактивной мощности на металлургических предприятиях с дуговыми печами / Г. Я. Вагин, А. А. Севостьянов, С. Н. Юртаев. // Электрика, 2009. № 10.-С. 7−11.
- ГОСТ 13 109–97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
- Глинтерник, С.Р. Тиристорные преобразователи со статическими компенсирующими устройствами / С. Р. Глинтерник. Д.: Энергоатомиздат, 1988.
- Данцис, Я.Б. Емкостная компенсация реактивных нагрузок мощных токоприёмников промышленных предприятий / Я. Б. Данцис, Г. М. Жилов. -Л.: Энергия, 1980.
- Дрехслер, Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке / Р. Дрехслер, М.: Энергоатомиздат, 1985. 113 с.
- Дьяконов, В.П. Simulink 4. Специальный справочник / В. П. Дьяконов. -СПб: Питер, 2002. 528 с.
- Дьяконов, В.П. Matlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения / В. П. Дьяконов. -М.: Солон-Пресс, 2005.
- Дьяконов, В.П. Matlab. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник / В. П. Дьяконов, В. В. Круглов. СПб: Питер, 2002. 448 с.
- Егоров, A.B. Расчет мощности и параметров электропечей черной металлургии. Учебное пособие / A.B. Егоров. -М.: Металлургия, 1990.
- Жежеленко, И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий / И. В. Жежеленко. -М.: Энергоатомиздат, 2000.
- Жежеленко, И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях / И. В. Жежеленко, Ю. Л. Саенко. -М.: Энергоатомиздат, 2000. 252 с.
- Жежеленко, И.В. Эффективные режимы работы электротехнологических установок / И. В. Жежеленко и др. Киев: Наукова думка, 1987. 183 с.
- Железко, Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии / Ю. С. Железко. -М.: Энергоатомиздат, 1985.
- Зиновьев, Г. С. Основы силовой электроники: Учебник / Г. С. Зиновьев. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. 4.1,4.2.
- Зиновьев, Г. С. Вентильные компенсаторы реактивной мощности, мощности искажений и мощности несимметрии на базе инверторов напряжения. -Современные задачи преобразовательной техники / Г. С. Зиновьев. Киев: ИЭД, АН УССР, 1975. Часть 2. — С. 247−253.
- Карнавский, И.А. Моделирование каскадного компенсатора неактивной мощности / Б. Ю. Алтунин, А. Б. Лоскутов, И. А. Карнавский // Промышленная энергетика. Москва, 2012. № 2. — С. 52−56.
- Карташев, И.И. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения / И. И. Карташев, Э. Н. Зуев. -М.: Издательство МЭИ, 2001.
- Ким, Д. П. Теория автоматического управления. Линейные системы / Д. П. Ким. -Т.1. -М.: Физматлит, 2003. 288 с.
- Кириенко, В.П. Современные приводы манипуляторов и промышленных роботов / В. П. Кириенко. // Нижегород. гос. техн. ун-т. Учебное пособие. -Н.Новгород, 1997 г. 130 с.
- Кочкин, В. И. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий / В. И. Кочкин, О. П. Нечаев. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002 г.
- Лукас, В.А. Теория автоматического управления / В. А. Лукас. // Учеб. для вузов. 2-е изд. -М.: Недра, 1990 г. 416 с.
- Нехамин, С.М. Пути улучшения показателей выплавки стали в малотоннажных дуговых печах / С. М. Нехамин, М. М. Крутянский, А. Я. Стомахин, С. Н. Тимошенко. Электрометаллургия. 2007. № 7. — С.2.
- Платонов, A.A. Бесконтактные установки для повышения качества электроэнергии / A.A. Платонов, И. Ю. Апальков. // Актуальные проблемы электроэнергетики. Нижний Новгород, 1993. — С. 24−25.
- Размадзе, Ш. М. Преобразовательные схемы и системы / Ш. М. Размадзе, -М.: МЭИ, 1967 г. 527 с.
- Розанов, Ю.К. Основы силовой электроники / Ю. К. Розанов. -М.: Энергоатомиздат, 1992 г. 296 с.
- Розанов, Ю. К. Цифровая система управления статическим компенсатором реактивной мощности / Ю. К. Розанов, К. С. Кошелев, М. И. Смирнов. -М. Электричество, 2006. № 7. — С. 25−30.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / Имитационная модель корректора коэффициента мощности на базе многоуровневого инвертора/ Карнавский И. А. № гос. регистрации 2 009 613 526 от 30.06.2009 г.
- Сенигов, П.Н. Теория автоматического управления / П. Н. Сенигов. -Челябинск. ЮУрГУ, 2001 г. 93 с.
- Чиженко, И.М. Справочник по преобразовательной технике / И. М. Чиженко, П. Д. Андриенко, И. А. Баран и др. -Киев: Техника, 1978 г. 448 с.
- Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2008. 252с.
- Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности / Под ред. Р. М. Матура: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздаг 1987.
- Суднова, В.В. Качество электрической энергии / В. В. Суднова. М.: Энергосервис, 2000 г.
- Супрунович, Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок / Г. Супрунович. М.: Энергоатомиздат, 1985. 136 с.
- Туманов, И.М. Универсальный трехфазный тиристорный модуль для повышения качества электроэнергии / И. М. Туманов и др. -М.: Электричество, № 2, 1996 г.
- Туманов, И.М. Тиристорные модули силовой электроники для питания печей индукционного нагрева / И. М. Туманов, В. А. Голиков, М. Г. Корженков, М. Н. Слепченков // Электрооборудование промышленных установок. Нижний Новгород, 1998 г. — С. 70−79.
- Туманов, И.М. Тиристорные установки для повышения качества электроэнергии / И. М. Туманов, Т. А. Евстигеева. М.: Энергоатомиздат, 1994 г.
- Фишлер, А.Я. Преобразовательные трансформаторы / А. Я. Фишлер, Р. Н. Урманов. -М.: Энергия, 1974 г.
- Ханзелька, 3. Инертные фильтры высших гармоник / 3. Ханзелька, Р. Клемпка. //Приводы и управление № 9, 10. 2000 г.
- Чебовский, О.Г. Силовые полупроводниковые приборы / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. // Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1985.400 с.
- Шидловский, А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях / А. К. Шидловский, В. Г. Кузнецов. Киев.: Наукова думка, 1985 г.
- A. Nabae, I. Takahashi, Н. Agaki, «A New Neutral-Point-Clamped PWM, Inverter,"IEEE Transactions on Industry Applicaitions. Vol. IA-17, No.5, Sep./Oct., 1981.
- A. M. Vilathgamuwa, S. R. Wall, R. D. Jackson, Variable structure control of voltage sourced reversible rectifiers, IEE Proc-Electr. Power Appl., vol. 143. no. l, pp. 18−24, January 1996.
- В. T. Ooi, J. C. Salmon, J. W. Dixon, A. B. Kulkarni, A 3-phase controlled current PWM converter with leading power factor, in proc. IEEE-IAS Conf., pp. 1008−1014, 1985.
- В. T. Ooi, J. W. Dixon, A. B. Kulkarni, M. Nishimoto, An integrated AC drive system using a controlled current PWM rectifier/inverter link, in proc. IEEE-PESC Conf., pp.494−501, 1986.
- S. S. Fazel, Converters for Medium Voltage Applications, Dotoringenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation. Technische Universitat Berlin. Berlin 2007.
- C. Hochgraf and R. Lasseter, «A Transformer-less Static Synchronous Compensator Employing a Multi-level Inverter,» IEEE Power Engineering Society, Summer Meeting 1996, 96 SM 452−3 PWRD.
- C.K.Duffey, Ray P. Stratford, «Update of Harmonic Standard IEEE-519: IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems», IEEE Trans. Ind.Appli., vol.25, no.6,nov/dec., 1989.
- D. N. Zmood, D. G. Holmes, G. Bode, Frequency domain analysis of three-phase linear current regulators, inproc. IEEE-IAS Conf., pp. 818−825, 1999.
- F. Blaabjerg, J. K. Pedersen, An integrated high power factor three-phase AC-DC-ACconverter for AC-machines implemented in one microcontroller, in proc. IEEE-PESC Conf, pp. 285−292, 1993.
- F. Z. Peng, J-S Lai, «Multilevel Converters A New Breed of Power Converters,» IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.32, No.3, May/June, 1996.
- G. Carrara, S. Gardella, M. Marchesoni, R. Salutari and G. Sciutto, «A new multilevel PWM method: A theoretical analysis,» in Proc. IEEE-PESC, June 1990.
- G. Escobar, R. Ortega, A. J van der Schaft, A saturated output feedback controller for the three phase voltage sourced reversible boost type rectifier, in proc. IEEE-IECON Conf., pp. 685−690, 1998.
- H. Akagi, «New Trends in Active Filters for Power Conditioning», IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 32, No. 6, November/December 1996, pp. 1312−1322
- H. Akagi, Y. Kanazawa and A. Nabae, «Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices without Energy Storage Components», IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 20, No
- Harmonic Disturbances in Networks and Their Treatment // Cahier Technique Schneider Electric, no 152. 25 c.
- H. S. Kim, H. S. Mok, G. H. Choe, D. S. Hyun, S. Y. Choe, Design of current controller for 3-phase PWM converter with unbalanced input voltage, in proc. IEEE-PESC Conf., pp.503−509, 1998.
- H.Akagi, A. Nabae, and S. Atoh, «Control strategy of active power filters using multiple voltage-source PWM converters,» IEEE Trans. Ind. Appl., vol. IA-22, no.3, pp. 460, 1986.
- J. Svensson, M. Lindgren, Vector current controlled grid connected voltage source converter influence of non-linearities on the performance., in proc.
- IEEE-PESC Conf. pp.531−537, 1998.
- J. W. Choi, S .K. Sul, New current control concept, minimum time current control in 3-phase PWM converter, in proc. IEEE-PESC Conf., pp.332−338, 1995.
- K. S. Park, S. C. Ahn, D. S. Hyun, S. Y. Choe, New control scheme for 3-phase PWM AC/DC converter without phase angle detection under unbalanced input voltage conditions, in proc. IEEE-APEC Conf., pp.501−505, 2000.
- Komatsugi K., Imura T. /Harmonic current compensator composed of static power converter. IEEE Power electronics specialist conference (PESC)'86,pp.283−290
- Malesani L., Rossetto L. /Active filter for reactive power and harmonics compensation. IEEE Power electronics specialist conference (PESC)'86, pp. 321−330.
- M. Bojrup, P. Karlsson, M. Alakiila and Lars Gertmar, «A Multiple Rotating Integrator Controller for Active Filters», EPE 99 Conference Proceedings, Lausanne, Switzerland, September 1999.
- M. Cichowlas, D. L. Sobczuk, M. P. Kazmierkowski, M. Malinowski, Novel artificial neural network based current controller for PWM rectifiers, in proc. EPE-PEMC Conf., Kosice, pp. 1.41−1.46, 2000.
- M. Weinhold, A new control scheme for optimal operation of a three-phase voltage dc link PWM converter, in proc. PCIM Conf, pp.371−3833, 1991.
- N. R. Zargari, G. Joos, Performance investigation of current-controlled voltage-regulated PWM rectifier in rotating and stationary frames., IEEE Trans, on Ind. Electronics, vol.42, pp.396−401, no. 4, 1995.
- Power Electronics // Proc. IEEE, 1994, № 10.
- P. Barrass, M. Cade, PWM rectifier using indirect voltage sensing, IEE Proc.-Electr. Power Appl, vol. 146, no. 5, pp. 539−544, September 1999.
- P. Vardelho, Analysis of control methods for active power filters and voltage type reversible rectifiers in unbalance and non-sinusoidal conditions, in proc. Electrimacs Conf, pp. 11.95−103, 1999.
- P. Vardelho, G. D. Marques, A Unity Power Factor PWM voltage rectifier under non-sinusoidal and unbalanced conditions, in proc. EPE Conf, Trondheim, pp.2.250−2.255, 1997.
- R. Yacamini, Power System Harmonics. Part 3 Problems caused by distorted supplies // Power Engineering Jounal, Oct, 1995, crp. 233−238.
- Siriroj Sirisukprasert, Jih-Sheng Lai, Alex Qin Huang, «Modeling, analysis and control of cascaded multilevel converter-based STSTCOM», IEEE Trans. Power System.
- T. Ohnuki, O. Miyashida, P. Lataire, G. Maggetto, A three-phase PWM rectifier without voltage sensors, in proc. EPE Conf, Trondheim, pp. 2.8812.886, 1997.
- V. Blasko, Adaptive filtering for selective elimination of higher harmonics from line currents of a voltage source converter, in proc. IEEE-IAS Conf., pp. 1222−1228, 1998.
- V. Blasko, V. Kaura, .A new mathematical model and control of a three-phase AC-DC voltage source converter., IEEE Trans, on Power Electronics, vol. 12, no. 1, pp. 116−122, January 1997.
- V.Blasko, V. Kaura: «A Novel Control to Actively Damp Resonance in Input LC Filter of a Three Phase Voltage Source Converter», APEC '96 Conf. Proc., pp. 545−551
- Y. Chen, B. Mwinyiwiwa, Z. Wolanski and B. T. Ooi, «Regulating and equalizing DC capacitance voltages in multilevel STATCOM,» IEEE Trans. Power Delivery, vol. 12, no. 2, April 1997.
- Z. Yang, C. Shen, L. Zhang, M. L. Crow and S. Atcitty, «Integration of a StatCom and battery energy storage,» IEEE Trans. Power Systems, vol. 16, no. 2, May 2001.
- R. Yacamini. Power System Harmonics. Part 3 Problems caused by distorted supplies // Power Engineering Jounal, Oct., 1995.
- Программная реализация на языке С блока определения границ и коэффициента заполнения: 1АОа[0.≥0){ Ро1[0]=1-}е1зе{1. Ро10.=0-} 1Ща[0]<0){1етрЮ-}еЬе!1етр=1-} Бк0.=1етр+Ро1[0]- И (Вк[0]==2) Вк[0]=0-
- Программная реализация на языке С блока сортировки конденсаторов: х0.=1- х1.=2- х[2]=4-if (Е10.>Е2[0]){ х[0]=2- х1.=1−1. Е10.>ЕЗ[0]){х1.=4-х2.=1−1. Е20.>ЕЗ[0]){х0.=4-х1.=2-