ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА СЕТЬ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ШЕСТИ И ДВЕНАДЦАТИ ПУЛЬСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Работа выполнена в рамках Государственного задания (шифр № 13.707.2014/к)

Влияние одного из видов преобразователей, а именно частотных преобразователей, на режимы работы электрической сети достаточно подробно рассмотрены в литературе [1; 3; 5; 6]. Но в указанных работах внимание уделяется исключительно 6-ти пульсному преобразователю. Однако в промышленности могут применяться совместно как шести так и двенадцати пульсные преобразователи для частотного регулирования режимов работы электродвигателей. Проведенные исследования в этой области касались влияния преобразователей на сеть при их использовании по отдельности, и не изучалось их совместная работа в сети. Очевидно, что в условиях промышленного производства возникает ситуация когда мощности потребляемые обоими типами преобразователей сопоставимы или, по крайней мере, значимы.

Поэтому с целью оценки воздействия на сеть преобразователей при их совместной работе было проведено исследование их совместной работы.

За целевой параметр принята величина тока КБ. Это параметр, от которого зависит срок службы КБ, а сама КБ является самым чувствительным звеном по отношению к высшим гармоникам, так как на ВГ обладает малым сопротивлением. ГОСТом-1282-88 [2] определяется возможная перегрузка по току в 30 % от номинальной его величины, а по напряжению в 10 %, Кроме этого известно [4], что срок службы батарей значительно сокращается и при перегрузке по току составляющей менее 30 %.

Структура анализируемой цепи соответствует тому случаю, когда источником искажений является как питающая сеть, так и нагрузка. Очевидно, что именно в этом случае угол сдвига фаз между током и напряжением на соответствующих гармониках будет влиять на расчетные параметры работы цепи, так как по методу наложения в рассматриваемой цепи на определенных гармониках в цепи будут присутствовать два источника энергии.

Также очевидно, что соотношение мощности, потребляемой шести и двенадцати пульсными преобразователями, является величиной, зависящей от отрасли, к которой относится промышленное предприятие, и технологии производства. Поэтому при исследовании искомые зависимости были получены для различных соотношений мощностей.

Структура исследуемой сети представлена на рисунке 1. Диапазон изменения параметров представленной схемы соответствует диапазону изменения для промышленных предприятий [5]. Параметры схемы изменяются в пределах: X_S = [0,1; 1] Ом, X_Н1 = X_Н2 = [6; 60] Ом, R_Н1 = R_Н2 = [4,5; 45] Ом, X_C= [2; 20] Ом, где X_S-индуктивное сопротивление системы, соответствующее индуктивности Ls, X_Н1, R_Н1-активное и индуктивное сопротивление, соответствующие комплексному сопротивлению нагрузки Zn1, X_Н2, R_Н2-активное и индуктивное сопротивление, соответствующие комплексному сопротивлению нагрузки Zn2.

Усредненные параметры схемы замещения:

1)  Параметры источника сетевого напряжения: U_S(1)=5773 В, U_S(5)=390 В, U_S(7)=150 В, U_S(11)=93 В, U_S(13)=82 В, U_S(17)=61 В;

2)  Индуктивность ЛЭП: L_S=2,547 мГн;

3)  Параметры линейной нагрузки: R_n1=67.534 Ом, L_n1=0.155 Гн, R_n2=16.67 Ом, L_n2=0.08 Гн;

4)  Параметры КБ: С=149,6e-6 Ф.

5)  Шести пульсный преобразователь: Тип — трехфазный тиристорный, сопротивление снабберов R_s=100 кОм, сопротивление ключей в открытом состоянии R_on=1 мОм, управление ключами — фазовое.

6)  Двенадцати пульсный преобразователь: Тип — трехфазный, неуправляемый, трансформатор: Y/Y — к_тр=1, Y/Д к_тр=1,7, сопротивление снабберов R_s=100 кОм, сопротивление ключей в открытом состоянии R_on=1 мОм.

Рисунок 1. Структура исследуемой промышленной сети

Модель, реализованная в системе Simulink, представлена ниже на рисунке 2. Её условно можно разделить на следующие подсистемы: 6ПП — блоки, относящиеся к 6-ти пульсному преобразователю: трехфазный управляемый тиристорый мост, обратный диод, нагрузка, СУ6 — система управления зажигания ключей 6-типульсного преобразователя, реализующая фазовое регулирование выходного напряжения, 12ПП- блоки, относящиеся к 12-ти пульсному преобразователю: два трансформатора, один из которых соединен по схеме звезда-звезда, а другой — звезда-треугольник, два трехфазных неуправляемых диодных моста, обратный диод, нагрузка: НИ — система блоков, реализующая несинусоидальный источник питающего напряжения с заданным спектром, состоит из последовательно соединенных источников синусоидального напряжения, соответствующих спектру несинусоидального источника, Ls-индуктивность системы, Rn1,Ln1-первая линейная нагрузка, Rn2,Ln2 — вторая линейная нагрузка. С-емкость конденсаторной батареи.

Рисунок 2. Компьютерная имитационная модель электрической сети

В результате моделирования было получено семейство зависимостей тока КБ от начальной фазы пятой гармоники источника сетевого напряжения при различном соотношении мощностей 6-ти и 12-ти пульсного преобразователей представленные на рисунке 3. Также следует отметить, что при этом общая мощность преобразователей оставалась неизменной.

Рисунок 3. Семейство зависимостей тока КБ от фазы пятой гармоники источника сетевого напряжения при различных К_6-12

При исследовании был введен коэффициент К_6-12 определяемый как отношение активной мощности, потребляемой шести пульсным преобразователем, к общей активной мощности, потребляемой двумя преобразователями, или

Графики зависимостей получены при различных значениях коэффициента K_6-12 = 0; 0.25; 0.75;1. Так, при К_6-12=0,5 половина активной мощности потребляется шести пульсным преобразователем, половина двенадцати пульсным.

Анализ установленных зависимостей показывает, что максимум погрешности от отсутствия учета фазовых характеристик на пятой гармонике нелинейной нагрузки достигается в том случае, когда нелинейная нагрузка представлена только шести пульсным преобразователем и равна 31 % относительно значения тока, полученного в результате расчета без учета угла сдвига фаз. Так, в этом случае действующее значение тока достигает максимума в 385 А при фазе напряжения пятой гармоники равной 85⁰.

Таким образом, в результате исследования была выполнена оценка влияния на работу электрической сети совместной работы шести и двенадцати пульсных полупроводниковых преобразователей. Установлено, что рассматриваемые типы преобразователей при различном соотношении их мощностей при совместной работе в различной степени влияют на режимы работы электрической сети.

Список литературы:
1.    Асафов Вагиф Назир оглы Разработка секционированной конденсаторной установки для сети горного предприятия с вентильной нагрузкой: дис. на соискание ученой степ. канд. техн. наук: 05.09.03. — СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1994.
2.    ГОСТ 1282-79 Конденсаторы для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частоты 50 и 60 Гц.
3.    Добуш В.С., А.А. Брагин. Влияние угла сдвига фаз на расчет цепи, содержащей нелинейную нагрузку. 2-я Международная научно-практическая конференция молодых ученых и студентов «Опыт прошлого — взгляд в будущее», Тула, 2012. — С. 447—454.
4.    Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. — 4-е изд., перераб. и доп. — М: Энергоатомиздат, 2000. — 331 с.
5.    Скамьин А.Н. Обоснование структуры и параметров системы компенсации реактивной мощности при наличии высших гармоник в напряжении и токе. дис. на соискание ученой степ. канд. техн. наук: 05.09.03. — СПб.: Изд-во СПбГГТУ, 2011.
6.    Шклярский Я.Э. Добуш В.С. Оценка фазовых соотношений гармонических составляющих частотно-регулируемого привода // Записки Горного института. — Т. 196. — СПб. — 2012. — С. 285—288.