Подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПОДАВЛЕННЯ НЕКАНОНІЧНИХ ГАРМОНІК ВХІДНИХ СТРУМІВ ТЯГОВОЇ ПІДСТАНЦІЇ

Спеціальність: Електрообладнання

Ягуп Катерина Валеріївна

Харків, 2008 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Системи електропостачання залізничного транспорту є потужними споживачами електричної енергії мережі змінного струму. Для забезпечення живлення електричного рухомого складу, що працює на постійному струмі, застосовуються потужні 6- та 12-пульсні схеми випрямлячів тягових підстанцій. Особливість роботи випрямлячів полягає в тому, що вони генерують вищі гармоніки у живильні мережі. При симетричному режимі роботи випрямляючої установки в мережу генеруються канонічні гармоніки, частоти яких визначаються пульсністю випрямляча. Реальні випрямляючі установки тягових підстанцій працюють в несиметричних режимах, які можуть виникати внаслідок порушення симетрії живильних напруг, не симетрії трансформаторів, не симетрії діодних блоків. Наявність хоча б однієї із вказаних причин не симетрії призводить до доповнення гармонічних складів вхідних струмів і вихідної напруги випрямляча неканонічними гармоніками, амплітуди яких можуть досягати значних величин. Наявність неканонічних гармонік у вхідних струмах випрямляючої установки тягової підстанції погіршує її електромагнітну сумісність з живильною мережею, погіршує якість споживання електричної енергії, викликає підмагнічування осердь трансформаторів, а також може викликати резонансні явища в електричних системах на частотах неканонічних гармонік, що може приводити до аварійних ситуацій. Тому проблема подавлення неканонічних гармонік у вхідних струмах тягової підстанції виглядає актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-дослідницька робота за темою дисертації проводилася на кафедрі систем електричної тяги УкрДАЗТ в рамках:

- „Галузевої програми енергозбереження та впровадження альтернативних видів палива на транспорті на 2006-2010 роки” (затверджена наказом міністерства транспорту та зв'язку України 09.02.2006 р. №114);

- „Програми енергозбереження на залізничному транспорті на 1996 - 2010 роки” (рішення НТС Укрзалізниці від 24.06.96, протокол №5);

- „Програми енергозбере-ження на залізничному транспорті України в 2007 році” (затверджена 16.02.2007 року №ЦЗТ-12/112).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є пошук шляхів подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів випрямляючої установки із вольтододатним перетворювачем в тяговій підстанції засобами автоматичного регулювання.

Для досягнення поставленої мети було потрібно вирішити задачі:

- дослідження електромагнітних процесів, визначення енергетичних показників та гармонійного складу вхідного струму випрямляючої установки із вольтододатним випрямлячем;

- визначення впливу не симетрії напруг живильної мережі на гармонійний склад вхідних струмів випрямляючої установки із вольтододатним перетворювачем;

- розробки динамічної моделі системи „тиристорний випрямляч - мережа”;

- розробки замкнутої системи подавлення неканонічних гармонік вхідного струму шляхом знаходження параметрів системи керування вольтододатної установки;

- визначення ефективності регулювання неканонічних гармонік у замкнутій системі. Об'єкт дослідження електромагнітні процеси, що визначають генерацію неканонічних гармонік випрямляючою установкою тягової підстанції в живильну мережу.

Предмет дослідження випрямляюча установка тягової підстанції із системою подавлення неканонічних гармонік.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених задач використовувались методи:

- класичної теорії електричних кіл та методи гармонійного аналізу при дослідженні електромагнітних процесів у випрямляючій установці із вольтододатним перетворювачем, що працює у симетричному та несиметричних режимах;

- теорія автоматичного регулювання, математичний апарат Z-перетворювань при дослідженні динамічної системи „тиристорний випрямляч - мережа”;

- А-стійкі методи чисельного розв'язання систем диференціальних рівнянь, симплекс-метод Нелдера-Міда при проведенні досліджень на комп'ютерних моделях.

Наукова новизна одержаних результатів:

- розкрито механізм генерації гармонік струму в живильну мережу випрямляючою установкою із вольтододатним випрямлячем;

- вперше дано відображення процесу генерації гармонік вхідного струму випрямляючої установки із вольтододатним перетворювачем в симетричному та несиметричному режимах на комплексну площину;

- одержано аналітичні вирази, що дозволяють оцінити вплив кута керування вольтододатного перетворювача на коефіцієнт потужності, коефіцієнт спотворення та коефіцієнт зсуву випрямляючої установки тягової підстанції;

- одержано аналітичні вирази, що визначають зв'язок між коефіцієнтом не симетрії, фазою зворотної послідовності, фазними та лінійними напругами несиметричної живильної мережі;

- показано, що під дією не симетрії живильної мережі гармонійний склад вхідного струму випрямляючої установки тягової підстанції доповнюється неканонічними гармоніками;

- одержало подальший розвиток застосування еквівалентного не симетрії гармонійного діяння для визначення неканонічних гармонік вхідного струму випрямляючої установки;

- вперше запропоновано структури замкнутих систем подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів випрямляючої установки із вольтододатним перетворювачем;

- одержано аналітичні вирази для розрахунків амплітуд неканонічних гармонік;

- вперше, використовуючи імпульсну модель системи „тиристорний випрямляч - мережа”, виконано аналіз процесів подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів випрямляючої установки тягової підстанції;

- вперше проведено оптимізацію параметрів керування вольтододатною установкою для досягнення мінімального сумарного значення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції;

- доведено за допомогою комп'ютерних моделей ефективність запропонованих методів подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи рекомендуються для практичного використання при модернізації та розробці нових випрямлячів тягових підстанцій з метою підвищення їх енергетичних показників, а також підвищенню якості електричної енергії в мережі.

Результати роботи впроваджено в Управлінні електрифікації та енергозабезпечення Укрзалізниці (м. Київ), НДІ ПО „ХЕМЗ” (м. Харків), МК „Енергозбереження” (м. Харків).

Теоретичні положення, викладенні в дисертаційній роботі використовуються в УкрДАЗТ при викладанні курсів „Електромагнітна сумісність”, „Інформаційні технології”, „Основи моделювання електромеханічних систем”, „Методи розраху-нків перетворювальних пристроїв”, дипломному проектуванні студентів спеціаль-ності „Електричний транспорт”. Особистий внесок здобувача полягає, у тому, що всі положення дисертації отримано здобувачем самостійно. Серед них:

- дослідження електромагнітних процесів у випрямляючій установці з вольтододатковим випрямлячем;

- дослідження впливу несиметрії мережі на вхідні струми випрямляча тягової підстанції;

- дослідження динамічних властивостей системи „тиристорний випрямляч - мережа”;

- проведення оптимізації параметрів керування вольтододатною установкою для досягнення мінімального сумарного значення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції;

- дослідження ефекту компенсації неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції;

- розробка комп'ютерних моделей випрямлячів тягової підстанції із системою подавлення неканонічних гармонік;

- перевірка одержаних розрахункових співвідношень на цифрових моделях.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на науково-технічних та науково-практичних конференціях:

- „Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації”, (м. Кременчук, 2005, 2007 рр.);

- „Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України, (м. Харків, 2005 р.);

- „Силова електроніка і ене-ргоефективність”, (м. Алушта, 2006, 2007 рр.);

- „Найновітніші технології та енер-гоефективність в світлотехніці та електроенергетиці”, (м. Харків, 2007 р.);

- „Елект-ромагнітна сумісність на залізничному транспорті”, (м. Дніпропетровськ, 2007 р.).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано в 15 наукових працях, з яких 14 у фахових виданнях ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, додатків, списку використаних джерел. Повний об'єм дисертації 203 сторінки, з них 33 ілюстрацій по тексту, 34 ілюстрації на 29 сторінках, 4 таблиці по тексту, 2 таблиці на 2 сторінках, 6 додатків на 15 сторінках, 112 найменувань використаних джерел на 11 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі дослідження, викладено методи дослідження, викладено наукову новизну, практичне значення результатів дисертації та наведено відомості про апробацію роботи.

У першому розділі проведено аналіз основних показників якості електричної енергії у відповідності до ГОСТ 13109-97 з точки зору впливу на них тягових підстанцій. Відзначено, що серед показників якості, на які в значній мірі впливають споживачі електричної енергії, є коефіцієнт спотворення синусоїдальної кривої напруги, коефіцієнт не симетрії напруги, коефіцієнт потужності.

Визначено методи поліпшення електромагнітної сумісності випрямляючої установки тягової підстанції з живильною мережею. Встановлено, що поліпшення електромагнітної сумісності тягової підстанції постійного струму з живильною мережею може бути досягнуто наступними методами:

- застосуванням силових схем випрямляючих установок із підвищеною еквівалентною пульсністю;

- зменшенням величини реактивної потужності та її змін, що спричиняються різкими змінами навантаження;

- використанням компенсуючи пристроїв;

- поліпшенням гармонійного складу за допомогою силових фільтрів;

- зменшенням у вхідному струмі неканонічних гармонік, а саме застосуванням замкнутих структур регулювання.

При застосуванні багато пульсних схем в більшості випадків використовують 12-пульсні випрямлячі, що базуються на двох однакових 6-пульсних випрям-лячах при з'єднанні обмоток трансформатору у „зірку” та „трикутник”. При практичній реалізації такої схеми виникає ряд труднощів, серед яких можна виділити, не симетрію живильної мережі та відхилення коефіцієнтів трансформації, що спричиняє генерацію неканонічних гармонік та порушує умови компенсації гармонік із номерами k=5, 7, 17, 19.

Для зменшення не синусоїдальної напруги мережі застосовують мережні фільтри та фільтрів компенсуючи пристрої, що складаються з повздовжніх та поперечних елементів. Такі фільтри мають ряд недоліків: низьку добротність, вони не можуть змінювати резонансну частоту, і можуть в перехідних процесах стати причиною виникнення резонансних явищ, мають великі масу та габарити. Більш ефективним є застосування активних фільтрів. Вони дозволяють одержати повну компенсацію реактивної потужності та сформувати струм живильної мережі синусоїдальної форми. Однак застосування активних фільтрів викликає додаткові втрати в системі, що знижує коефіцієнт корисної дії.

Розглянуто відомі структурні схеми замкнутих систем регулювання неканонічних гармонік вихідної напруги випрямляча. Відзначено, що застосування замкнутих систем подавлення неканонічних гармонік є достатньо ефективним засобом підвищення якості електричної енергії. Показано основні напрямки досліджень процесів компенсації неканонічних гармонік у вихідному колі перетворювача: перший напрямок базується на методі параметричного регулювання, в основу другого закладена симетрична дія від'ємного зворотного зв'язку. Обґрунтована перспективність подальшого дослідження та вдосконалення замкнутих структур регулювання.

Розділ завершується постановкою задач дослідження.

У другому розділі досліджено електромагнітні процеси у випрямляючій установці тягової підстанції з вольтододатним тиристорним перетворювачем, які визначають генерацію гармонік в живильну мережу. При аналізі електромагнітних процесів розглядались базові схеми діодного та тиристорного випрямлячів з пульсністю .

Одержані результати поширюються і на схеми випрямлячів з більшою пульсністю.

Вихідна напруга випрямляючої установки з вольтододатним тиристорним перетворювачем визначається двома складовими:

(1)

Де:

- вихідна напруга діодного випрямляча VD;

- вихідна напруга вольтододатного перетворювача VS.

Показано, що вплив випрямляючої установки на живильну мережу в повній мірі можна виразити через такі приведені параметри: відношення повної потужності випрямляча до повної потужності короткого замикання, відносну напругу короткого замикання випрямляча та відносний струм навантаження.

Показано, що гармонійний склад фазного струму випрямляючої установки з вольтододатним перетворювачем визначається як:

(2)

Де:

- модуль k-ої гармоніки;

- вхідний струм тягової підстанції;

- номінальне значення вхідного струму тягової підстанції;

- кут керування вольтододатним перетворювачем.



З формули (2) витікає, що гармонійний склад вхідного струму тягової підстанції формується некерованою та керованою частинами випрямляючої установки. Результуюче значення k-ої гармоніки вхідного струму визначається двома складовими:

(3)

Перша складова являє собою вектор k-ої гармоніки струму, що формується діодним випрямлячем:

(4)

Модуль вектора k-ої гармоніки визначається струмом навантаження випрямляючої установки:

(5)

Модуль вектора залежить від коефіцієнта , кута керування та номера гармоніки. Фазова орієнтація даного вектора визначається кутом керування . Показано, що процес формування результуючого вектора гармоніки вхідного струму має наглядну інтерпретацію на комплексній площині. При постійних величинах коефіцієнта і струму навантаження вектор , під дією зміни кута керування змінює свій модуль і фазовий зсув відносно вектора . При зміні кута керування в діапазоні вектор описує відносно дійсної осі комплексної площини коло. Діаметр кола дорівнює:

(6)

Для побудови результуючого вектора вектор добудовують в кінці вектора . За допомогою векторних діаграм на комплексній площині розкрито механізм генерації випрямляючою установкою із вольтододатним перетворювачем гармонік у живильну мережу. Встановлено, що в даній випрямляючій установці здійснюється часткова компенсація гармонік вхідного струму з номерами:

Ступінь компенсації є раціональною функцією кута керування вольтододатного перетворювача.

Встановлення цього факту відкриває можливість регулювання амплітуд гармонік вхідного струму випрямляючої установки у спеціальній замкнутій структурі автоматичного регулювання.

Показано, що запроваджування у склад випрямляча вольтододатного перетворювача підвищує коефіцієнт потужності установки. Одержано аналітичний вираз коефіцієнта потужності:

(7)

Де:

- відповідно коефіцієнти потужності, спотворення та зсуву.

Наведені залежності свідчать про те, що зміна кута керування в діапазоні:

Що змінює величини до значень, що характерні для діодного випрямляча пульсності m=6.

У третьому розділі наведено результати дослідження впливу не симетрії живильної мережі на гармонійні склади вхідних струмів випрямляючої установки. Одержано аналітичні залежності, які встановлюють зв'язок величин лінійних та фазних напруг живильної мережі від коефіцієнта не симетрії е та фазового зсуву зворотної послідовності ш₂.

Дослідження впливу не симетрії живильної мережі на гармонійний склад споживає випрямляючою установкою струму виконано розкладом в ряд Фур'є інформаційної складової:

(8)

Де:

- струм в несиметричному режимі;

- струм в симетричному режимі.

Показано, яким чином встановлено, що під дією не симетрії живильної мережі вхідний струм випрямляючої установки доповнюється неканонічними гармоніками. Так, для діодного випрямляча при з'єднанні обмоток трансформатора за схемою „зірка-зірка” амплітуда н-ої неканонічної гармоніки визначається з виразу:

 (9)

Де:

- кутова тривалість інформаційної складової, що характеризує дію не симетрії.

Показано, якщо на комплексній площині побудувати правильну m-проміневу зірку, прирівнявши центральні кути між сусідніми променями:

(10)

А на кожному із променів побудувати вектор з довжиною:

(11)

То геометрична сума m векторів буде вектором -ї неканонічної гармоніки для . Комплексна амплітуда -ї неканонічної гармоніки визначається за формулою:

(12)

Де:

- номери тактових інтервалів, на яких амплітуда інформаційної складової дорівнює:



Де:

- номера тактових інтервалів на яких амплітуда інфор-маційної складової дорівнює:

Де:

- кутові тривалості інформаційної складової на відповідних тактових інтервалах.

Показано, що при гармонійному вхідному діянні на вольтододатний перетворювач, що еквівалентний дії не симетрії живильної мережі, прирости кутів керування визначаються за аналітичним виразом:

(13)

Де:

- амплітуда гармонійного діяння;

- фаза гармонійного діяння.

Під дією вхідного гармонійного діяння у вхідному струмі перетворювача генеруються неканонічні гармоніки.

Модуль вектора -ї неканонічної гармоніки визначається амплітудою вхідного діяння :

 (14)

Орієнтація вектора v-ої гармоніки на комплексній площині визначається порядком розподілу приростів вхідного струму перетворювача, що визначається наступною системою рівнянь:

(15)

При розв'язанні системи рівнянь (15) для різних значень параметрів , н, ц_П та встановлено, що зміна фазового зсуву вхідного гармонійного діяння викликає перерозподіл амплітуд гармонік з одночасною зміною їх фазового зсуву по фазам живильної мережі. Аналітично доведено, що вхідне гармонійне діяння із частотою 100 Гц не збуджує у вхідному струмі парних гармонік.

У четвертому розділі розглядається подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів при включені випрямляючої установки із вольтододатним керованим випрямлячем у замкнуту структуру. Одержано основні аналітичні співвідношення для синтезу такої структури. Узагальнений принцип роботи такої системи полягає у наступному. Датчик струму (ДС) вимірює струм живильної мережі і подає одержаний сигнал на оптимізатор (О), що виділяє задані неканонічні гармоніки вхідних струмів та виробляє керуюче діяння, яке підсумовується до сигналу керування. Результат підсумовування подається на вхід системи імпульсно-фазового керування (СІФК).

Досліджено динамічні властивості системи „тиристорний випрямляч мережа”. Показано, що тиристорний випрямляч по відношенню до вхідного струму являє собою амплітудноімпульсний модулятор, коефіцієнт передачі якого залежить від виду опорного сигналу і опору навантаження. Прорости струмів описуються виразами:

(16)

Де:

- статичний коефіцієнт передачі тиристорного випрямляча по вхідному струму;

- період дискретності;

- фактор пульсації;

- кутові координати -го тактового інтервалу фаз .

При включенні тиристорного випрямляча в замкнуту систему автоматичного регулювання гармонік вхідного струму його імпульсна модель, що визначається системою рівнянь (16), доповнюється передавальною функцією приведеної неперервної чистини.

Запропоновано замкнуті системи автоматичного регулювання амплітуд неканонічних гармонік, в основу побудови яких покладено властивість тиристорного випрямляча генерувати в живильну мережу гармоніки під впливом гармонійного діяння. Розглядаючи тиристорний випрямляч, як керований генератор, розв'язана задача пошуку параметрів компенсуючи вхідного діяння для подавлення неканонічних гармонік.

Оптимізація параметрів компенсуючи діяння на систему керування вольтододатним перетворювачем виконувалась по методу Гауса-Зейделя та сим-плес-метода Нелдера-Міда. Оптимізуючи параметрами, в залежності від обраного способу подавлення гармонік, можуть бути фаза та амплітуда гармонійного діяння або тривалості приростів кутів керування. Досліджено динамічні властивості систем подавлення з гармонійним компенсуючи діянням U_k. Дана система є системою екстремального регулювання з оптимізатором шагового типу. Показано, що узагальнена імпульсна модель такої системи має три канали передачі інформації при зміні параметрів (фази і амплітуди) компенсуючи діяння. Базуючись на тому, що динамічні процеси, які протікають в кожному із паралельних каналів, є ідентичними, а також виконавши лінеаризацію підсилювача та фазообертача. Виділення -ї гармоніки здійснюється селективною ланкою:

(17)

Де:

- коефіцієнт демпфірування;

- стала часу;

р - оператор Лапласа.

Вихідний сигнал ланки перетворюється елементом виділення модуля з коефіцієнтом передачі:

І згладжується ланкою:

(18)

Періоди квантування імпульсних елементів:

(19)

Де:

, - період живильної мережі.

Ефективність регулювання неканонічної гармоніки оцінюється коефіцієнтом подавлення, який визначається відношенням її амплітуд при розімкнутому та замкнутому колі зворотного зв'язку.

Для наведеної структури коефіцієнт подавлення записаний у формі Z-перетворення:

(20)

Для неканонічної гармоніки н=3 вираз для модуля коефіцієнта подавлення має вигляд:

(21)

В даному розділі також розглянуто динамічні характеристики функціональних вузлів системи подавлення неканонічних гармонік, що дозволило створити модель системи подавлення.

У п'ятому розділі наведено результати експериментальних досліджень замкну-тих систем подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів випрямляючої установки тягової підстанції на комп'ютерних моделях. Робота моделей керується спеціально створеною програмою, що оптимізує значення вхідного діяння (гармонійного діяння або тривалості приростів кутів керування) таким чином, щоб максимально знизити амплітуди неканонічних гармонік. Така оптимізація здійснюється симплекс-методом Нелдера-Міда, при цьому у моделях, де подавлення гармонік здійснюється компенсуючим гармонійним діянням із частотою 100 Гц, варіюються два параметри фаза та амплітуда гармонійного діяння. У моделях, де подавлення здійснюється окремими каналами керування варіюються шість параметрів - тривалості приростів кутів керування кожних з тиристорів. Для реалізації моделі, де діяння здійснюється пошуком тривалості приростів кутів керування, було модельовано спеціальну систему керування із застосуванням релейних елементів. В комп'ютерних моделях виділення заданої гармоніки здійснюється за допомогою спеціального аналізатора гармонік Fourier або селективних ланок.

Розроблені моделі передбачають вимірювання коефіцієнтів потужності та не синусоїдної за допомогою спеціально створеного блоку вимірювання коефіцієнта потужності випрямляча. Експерименти проводилися при несиметричному режимі роботи живильної мережі, де коефіцієнт не симетрії дорівнював 0.03, а фаза зворотної послідовності 30 градусів.

Проведені експерименти показали, що при подавлені неканонічних гармонік гармонійним діянням спостерігається поліпшення коефіцієнту спотворення, що свідчить про поліпшення гармонійного складу вхідних струмів випрямляючої установки. Амплітуди гармоніки зменшуються у 28 разів. При подавлені неканонічної гармоніки вхідного струму тягової підстанції корекцією тривалості приростів кутів керування спостерігається зменшення амплітуди гармоніки у 110 разів, але при цьому спостерігається перерозподіл інших гармонійних складових, що може стати причиною збільшення амплітуд парних гармонік. Тому при такому способі подавлення рекомендується застосовувати комбінований критерій, де одночасно подавляються 2 та 3 неканонічні гармоніки. В результаті застосування комбінованого критерію амплітуди гармоніки зменшуються у 25 разів.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі на підставі теоретичних та експериментальних досліджень вирішується науково-технічна задача поліпшення електромагнітної сумісності постійного струму із живильною мережею. Підвищення електромагнітної сумісності досягається покрашенням гармонійного складу вхідних струмів випрямляючої установки, а саме, подавлення неканонічних гармонік, що виникають під дією не симетрії живильної мережі.

По результатам досліджень можна зробити наступні висновки:

1. Приведений огляд основних методів поліпшення електромагнітної сумісності випрямляючої установки тягової підстанції із живильною мережею показує, що подавлення неканонічних гармонік живильної мережі дозволяє практично повністю реалізувати переваги багато пульсових випрямляючих схем тягових підстанцій постійного струму.

2. Одержано аналітичні залежності коефіцієнтів потужності, спотворення та зсуву від кута керування вольтододатним перетворювачем. Показано, що введення у склад випрямляючої установки тягової підстанції вольтододатного перетворювача поліпшує гармонійний склад вхідного струму за рахунок часткової компенсації гармонік k=5, 7, 17, 19, та підвищує коефіцієнт потужності. Показано, що застосування комплексної площини дозволяє розкрити механізм генерації випрямляючою установкою тягової підстанції гармонік струму у живильну мережу.

3. Одержано аналітичні вирази, що визначають залежність фазних та лінійних напруг несиметричної живильної мережі від коефіцієнта не симетрії та фази зворотної послідовності. Показано, що під дією не симетрії живильної мережі гармонійний склад вхідного струму випрямляючої установки доповнюється неканонічними гармоніками. Амплітуди цих гармонік залежать від величини коефіцієнта не симетрії і струму навантаження випрямляючої установки. Одержані аналітичні вирази із застосуванням комплексної площини дозволяють наглядно оцінити величини неканонічних гармонік по заданим значенням не симетрії.

4. Дано обґрунтування застосуванню гармонійного діяння для компенсації неканонічних гармонік, показано, що частоти, збуджуваних у вхідному струмі гармонік залежать від частоти вхідного гармонійного діяння. Зміна амплітуди і фази вхідного гармонійного діяння викликає перерозподіл амплітуд гармонік випрямляючої установки з одночасною зміною їх фазових зсувів по фазам живильної мережі.

5. Показано, що для малих значень приростів керуючого діяння тиристорний випрямляч представляє собою по відношенню до проростів вхідних струмів амплітудноімпульсний модулятор з коефіцієнтом, що залежить від виду опорного сигналу. електромагнітний струм вольтододатний

6. Одержана імпульсна модель „тиристорний випрямляч - мережа” дозволяє дослідити динамічні процеси в замкнутій структурі. Показано, що при аналізі замкнутої структури подавлення неканонічних гармонік вхідного струму необхідно враховувати дискретність випрямляючої установки.

7. Дано обґрунтування застосуванню запропонованої структури замкнутих систем подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів випрямляючої установки.

8. Проведено оптимізацію параметрів керування вольтододатною установкою для досягнення мінімального сумарного значення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції. Показано, що розроблені екстремальні системи регулювання дозволяють ефективно подавляти неканонічні гармоніки.

9. Розроблено комп'ютерні моделі, що підтверджують достовірність теоретичних положень щодо ефективності подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції постійного струму у замкнутій структурі. Проведені експерименти показали, що сумарна величина може зменшуватися у 28 разів при вхідному гармонійному діянні, у 110 разів при варіюванні тривалості приростів кутів керування.

10. Запропоновані системи подавлення неканонічних гармонік рекомендується застосовувати при розробці та модернізації випрямляючих установок тягових підстанцій постійного струму. Результати дисертаційної роботи впроваджено в Управлінні електрифікації та енергозабезпечення Укрзалізниці, в НДІ ПО „ХЕМЗ”, на МК „Енергозбереження”, теоретичні положення використовуються в УкрДАЗТ при викладанні курсів „Електромагнітна сумісність”, „Інформаційні технології”, „Основи моделювання електромеханічних систем”, „Методи розрахунків перетворювальних пристроїв” та дипломному проектуванні студентів спеціальності „Електричний транспорт”, що підтверджено відповідними актами впровадження.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Щербак Я.В., Ягуп Е. В. Компьютерная модель для исследования сетевого тока тяговой подстанции. // Наукові праці ДонНТУ. Електротехніка і енергетика. - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - Вип. 79. - С. 213-316.

2. Щербак Я.В., Ягуп Е.В. Компьютерный анализ квазиустановившихся режимов в повышающем преобразователе постоянного напряжения. //Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - Харків: УкрДАЗТ, 2004. - №4, 5. - С. 50-53.

3. Сендерович Г.А., Ягуп В.Г., Ягуп Е.В. Математическая модель для исследования несимметричных режимов в трехфазной сети. // Вісник Національного технічного університету „Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ „ХПІ”. - 2005. - №57. - С. 86-93.

4. Ягуп Е.В. Моделювання електромагнітних процесів випрямляча тягової підстанції засобами MATLAB. // Вісник Харківського державного національного університету сільського господарства „Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України”. - Харків: ХНТУСГ. - 2005. - Вип. 37, Т 1. - С. 86-91.

5. Щербак Я.В., Ягуп Е.В. Подавление гармоник входного тока управляемого выпрямителя в замкнутой структуре. // Технічна електродинаміка. Силова електроніка та енергоефективність. - 2006. - Ч. 4. - С. 61-64.

6. Ягуп Е.В., Щербак Я.В. Подавление высших гармоник первичных токов выпрямителя методом по канальной коррекции управляющих импульсов. // Електромашинобудування та електрообладнання. Проблеми автоматизованого електропривода. - Одеса: Техніка. - 2006. - Вип. 66. - С. 298.

7. Ягуп К.В. Алгоритм формування топологічної матриці для моделі перетворювача тягової підстанції. // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - Харків: УкрДАЗТ, 2006. - №1. - С. 36-42.

8. Ягуп Е.В. Подавление высших гармоник сетевых токов выпрямителя с использованием комбинированного критерия при поисковой оптимизации // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2006. - №5/2. - С. 141-143.

9. Ягуп Е.В. Подавлення неканонічних гармонік мережних струмів тягового випрямляча за допомогою резонансних фільтрів.// Технічна електродинаміка. Проблеми сучасної електротехніки. - 2006. - Ч. 5. - С. 91-93.

10. Щербак Я.В., Ягуп Е.В. Подавление гармоник сетевых токов тяговой подстанции с помощью вольтодобавочного управляемого выпрямителя. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2006. - №6. - С. 78-80.

11. Щербак Я.В., Ягуп Е.В. Исследование коэффициента мощности выпрямителя при подавлении неканонических гармоник сетевого тока. // Світлотехніка та електроенергетика. - 2007. - №1. - С. 97-100.

12. Щербак Я.В., Ягуп К.В. Визначення лінійних та фазних напруг трифазної мережі за допомогою коефіцієнта несиметрії. // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - Харків: УкрДАЗТ, 2007. - №1. - С. 57-61.

13. Щербак Я.В., Ягуп Е.В., Панченко В.В. Динамические свойства системы “тиристорный выпрямитель - сеть”. // Технічна електродинаміка. Силова електроніка та енергоефективність. - 2007. - Ч. 4. - С. 97-100.

Размещено на Allbest.ru

...