К вопросу о регуляторе потоков мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

К вопросу о регуляторе потоков мощности

Бедретдинов Рустам Шамилевич, аспирант

Гедифа Ахмед, магистр, аспирант

Чивенков Александр Иванович,

доктор наук, доцент, профессор

Работа посвящена актуальной проблеме регулирования потоков мощности в интеллектуальных электрических сетях нового поколения. В статье рассмотрены разработанные авторами научно-технические решения по созданию автоматизированных узлов регулирования потоков мощности. Приведена принципиальная схема и описан принцип работы регулятора потоков мощности. Представлены результаты исследований разработанного регулятора потоков мощности.

Руководством страны объявлена всеобщая модернизация и внедрение инноваций. Одним из приоритетных направлений и ключевым инструментом обеспечения энергоэффективности российской экономики является создание и развитие Интеллектуальных электрических сетей нового поколения, так называемых технологий Smart Grid. Данный подход требует разработки устройств, повышающих качество и надежность электроснабжения потребителей [1-3]. регулятор поток мощность автоматизированный

Коллективом авторов разработан регулятор потоков мощности (РПМ) в сети 0,4 кВ (рисунок 1). РПМ представляет собой обобщенное устройство продольного и поперечного регулирования потоков мощности. Данное устройство обеспечивает комплексное регулирование потока активной и реактивной мощности в реальном масштабе времени, без использования какого-либо дополнительного источника постоянного тока для заряда батареи конденсаторов [4-6].

Рисунок 1 Регулятор потоков мощности в сети 0,4 кВ

Согласно принципиальной схеме (рисунок 2), РПМ выполняется на базе двух инверторов напряжения - из трехфазного инвертора-1 на IGBT-транзисторах VT1-VT6 (собранных по трехфазной мостовой схеме) с встречно-параллельно включенными диодами VD1-VD6 и трехфазного инвертора-2, собранного на IGBT-транзисторах VT7-VT12 с встречно-параллельно включенными диодами VD7-VD12.

Рисунок 2 Принципиальная схема регулятора потоков мощности

Объединение двух инверторов происходит по цепи постоянного тока (емкостного накопителя С1 и С2). Трехфазные выходные LC-фильтры (Lf, Cf) подключаются со стороны электрической сети.

Принцип работы РПМ состоит в следующем. При работе первого преобразователя в режиме инвертора, происходит потребление мощности из батареи конденсаторов и выполняется ее передача в электрическую сеть. При этом второй преобразователь работает как активный выпрямитель, потребляя мощность из электрической сети и передавая ее в емкостный накопитель. Оба преобразователя работают взаимосвязано между собой. При необходимости, существует возможность изменения режима работы преобразователей на противоположный. Напряжение на емкостном накопителе при этом остается неизменным.

РПМ позволяет выполнить следующие функции:

· управление и двухстороннее регулирование потоков активной и реактивной мощности;

· увеличение пропускной способности электрической сети;

· повышение качества электроэнергии и надежности электроснабжения потребителей.

Вариант включения РПМ в электрической сети 0,4 кВ показан на рисунке 3.

Рисунок 3 Схема включения РПМ в электрической сети 0,4 кВ

В данном случае РПМ, образован каскадным включением двух преобразователей напряжения, один из которых включен параллельно линии, а другой последовательно через вольтодобавочный трансформатор (ВТ). Поскольку преобразователь напряжения (ПН) обеспечивает возможность произвольного формирования величины и угла напряжения, в такой схеме реализуется возможность более гибкого регулирования потока мощности по линии.

Так как в составе узла регулирования присутствует ВДТ, то свойства ПН будут зависеть от коэффициента трансформации. Такую зависимость можно получить, пользуясь диаграммой на рисунке 4.

Рисунок 4 Диаграмма напряжений узла регулирования

Максимально возможное значение напряжения вторичной обмотки ВТ определяется как U_ВТmax = U₁/К_ВТ. Согласно рисунку 4, U_ВТmax/2 = U₁·sin(б_max/2). Тогда максимальное значение угла сдвига для данного коэффициента трансформации определится как:

\alpha_{max} =2\cdot \arcsin \left(\frac{1}{2KB} \right).

Ориентировочная мощность В определятся как S_В = (U₁/К_ВТ)·I_Н, а мощность инвертора как S_ИН = 3,6·S_В. Исходя из этого, для понижающего В упомянутые зависимости отражены графически на рисунке 5. Они показывают, что при больших значениях К_Ввсе рассматриваемые параметры изменяются в незначительной степени. Поэтому имеет смысл применения В с К_В не выше четырех.

Рисунок 5 Зависимость параметров узла регулирования от К_В

Если принять ВТ повышающим, то возможно получение напряжения вольтодобавки большего, чем напряжение сети (рисунок 4, б), в частности U_Вmax = 2U₁. Теоретически это позволило бы получить сдвиг фазы на угол 180 эл. градусов. Однако, экспериментальное исследование показало устойчивую работу этого варианта в диапазоне заданных углов от + 43 эл. градусов до - 58 эл. градусов, что меньше, чем у варианта с К_В = 1.

В дальнейшем исследовались различные варианты, ниже приводятся результаты для К_В = 2. Рассматриваемая схема должна обеспечивать диапазон отработки углов от + 30 эл. градусов до - 30 эл. градусов.

Обработка результатов расчета выполнялась свободно распространяемой программой для анализа, визуализации и аппроксимации экспериментальных данных SciDAVis.

Полученные характеристики приведены на рисунках 6 и 7. Вариант показал устойчивую работу во всем диапазоне теоретически возможных углов сдвига.

Рисунок 6 Регулировочная характеристика ПН при К_ВТ = 2

Рисунок 7 Погрешности регулирования ПН при К_ВТ = 2

Экспериментальные исследования показали, что время достижения установившихся значений не превышает четырех периодов напряжения сети.

Список литературы

1. Концепция реализации национального проекта “Интеллектуальная энергетическая система России”. Москва, 2015. 25 с.

2. Савина Н.В. Инновационное развитие электроэнергетики на основе технологий Smart Grid // Учебное пособие. Благовещенск: Амурский государственный университет. 2014. 136 с.

3. Соснина Е.Н. Основные направления развития интеллектуальных электрических сетей на основе адаптивного управления / Е.Н. Соснина, Р.Ш. Бедретдинов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2012. № 5. С. 25-28.

4. Sosnina E.N., Loskutov A.B., Chivenkov A.I., Shalukho A.V. The development of the automatic power flow control station in distribution electric network of a low voltage // IEEE Innovative Smart Grid Technologies - Asia, ISGT ASIA 2015. 2016. Article number 7387129.

5. Соснина Е.Н., Лоскутов А.Б., Чивенков А.И. и др. Разработка автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности в интеллектуальной распределительной электрической сети. Этап 4. Изготовление экспериментального образца устройства регулирования потоков мощности в интеллектуальной распределительной электрической сети // Промежуточный отчет о прикладных научных исследованиях в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». Шифр 2014-14-579-0034-007. Соглашение о предоставлении субсидии № 14.577.21.0098 от 26.08.2014. №гос. рег. 114101670044. Н.Новгород. НГТУ. 2016. 44 с.

6. Чивенков А.И., Гедифа А., Бедретдинов Р.Ш. Исследование регулировочных характеристик регулятора потока мощности // Сборник научных статей по материалам I международной научно-практической конференции «Проблемы развития современной науки». Пермь. ИП Сигитов Т.М. 2016. С. 51-56.

Размещено на Allbest.ru