научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ТИПА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ТИПА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ»

Статья поступила в редакцию 07.11.13. Ред. рег. № 1859

The article has entered in publishing office 07.11.13 . Ed. reg. No. 1859

УДК 621.316.94

ВЛИЯНИЕ ТИПА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ

В. С. Добуш, П. В. Коровченко

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» В.О., 21 линия, д. 2, г. Санкт-Петербург, 199106, Россия Тел.: (812) 328-86-67, 8-961-811-02-53, e-mail: griimov@yandex.ru, askamin@ya.ru

Заключение совета рецензентов: 12.11.13 Заключение совета экспертов: 17.11.13 Принято к публикации: 21.11.13

В статье рассмотрена совместная работа двух наиболее распространенных типов выпрямителей. Определено их влияние на параметры работы сети с точки зрения качества электрической энергии. Выполнен анализ влияния фазовых характеристик нелинейных нагрузок на величину тока конденсаторной батареи.

Ключевые слова: качество электрической энергии, выпрямитель, электрическая сеть, нелинейная нагрузка, конденсаторная батарея, высшие гармоники.

INFLUENCE OF SEMICONDUCTOR CONVERTER TYPE ON CAPACITOR BANK

CURRENT DEFINITION

V.S. Dobush, P.V. Korovchenko

National University of Mineral Resources "Mining" Vasilyevsky Ostrov 21, Line 2, Saint-Petersburg, 199106, Russia Tel.: (812) 328-86-67, 8-961-811-02-53, e-mail: griimov@yandex.ru, askamin@ya.ru

Referred: 12.11.13 Expertise: 17.11.13 Accepted: 21.11.13

The article describes joint work of two most common rectifier types. Influence of rectifiers operation on the network performance in terms of power quality is determined. Effect of non-linear loads phase characteristics on the current value of the capacitor bank is described.

Keywords: quality of electric power, rectifier, electric network, nonlinear load, condenser battery, high harmonics.

При современном развитии технологий силовой электроники все шире внедряются преобразования электрической энергии с использованием силовых ключей-тиристоров, ЮБТ и М08РБТ-транзисторов с частотой коммутации до нескольких килогерц. Доля таких приборов непрерывно увеличивается, что приводит к насыщению электрической сети токами высших гармоник (ВГ). К негативным последствиям наличия ВГ следует отнести выход из строя конденсаторных батарей, перегрузку по току электрооборудования, ложное срабатывание устройств защиты, ускоренное старение изоляции кабеля. Следовательно, при наличии ВГ снижается эффективность функционирования электротехнического комплекса предприятия в целом.

В работах [1-3] дается оценка влияния шести-пульсных полупроводниковых преобразователей на параметры работы конденсаторных батарей, предна-

значенных для компенсации реактивной мощности. Дальнейшим развитием работы в указанном направлении является учет совместного применения шести-и двенадцатипульсных преобразователей. Очевидно, что в этом случае влияние высших гармоник с учетом их фазовых соотношений будет иметь характерные особенности, которые представлены в предлагаемой статье.

В качестве объекта исследования принята принципиальная схема замещения системы электроснабжения промышленного предприятия, представленная на рис. 1.

На схеме представлены следующие элементы системы электроснабжения: ЛН1, ЛН2 - линейная нагрузка 1 и 2, КБ - компенсатор реактивной мощности, III16. ПП12 - шести- и двенадцатипульсный полупроводниковые преобразователи, и - источник питания, ТС - силовой трансформатор.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (133) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

Литий-ионные источники тока и суперконденсаторы

Рис. 1. Принципиальная схема замещения системы электроснабжения предприятия Fig. 1. Schematic diagram of enterprise power supply system replacement

На рис. 2 представлена имитационная модель, соответствующая принципиальной схеме, где источниками напряжения Us(1), Us(5), Us(7), Us(11), Us(13), Us(17) моделируется трехфазное напряжение источ-

ника питания (на рис. 2 обозначены лишь источники напряжения для фазы А), нелинейная нагрузка представлена шестипульсным преобразователем (III16) и двенадцатипульсным полупроводниковым преобразователем, линейные нагрузки моделируются активными сопротивлениями и индуктивностями, КБ представлен в виде емкости.

Оригинальная имитационная модель построена с использованием блоков приложения 81шиИпк математической системы МайаЪ. Выбранные для расчетов осредненные параметры схемы замещения:

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

2. Параметры нелинейной нагрузки:

/х(1) = 500 А, /х(5) = 100 А, /х(7) = 71,4 А, /х(11) = = 45,5 А, /х(13) = 38,5 А, /х(17) = 29,4 А.

3. Индуктивность ЛЭП: = 2,547 мГн.

4. Параметры линейной нагрузки:

Я„1 = 67,534 Ом, Ьп1 = 0,155 Гн, Яп2 = 16,67 Ом, Ьп2 = 0,08 Гн.

5. Параметры КБ: С = 149,6-10-6 Ф.

6. Параметры нелинейной нагрузки: Яп6 = 19,5 Ом, ЯпП = 78 Ом.

Рис. 2. Имитационная модель Fig. 2. Simulation model

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (133) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

В.С. Добуш, П.В. Коровченко. Влияние типа полупроводникового преобразователя на определение тока конденсаторной батареи

В процессе исследований менялась начальная фаза источников напряжения на основной, пятой и одиннадцатой гармониках. В результате были получены зависимости действующего значения тока КБ от начальной фазы. Одна из таких зависимостей представлена на рис. 3, где показано влияние угла сдвига фаз на пятой гармонике на ток КБ.

Ток КБ, А 400

380

320

260

200,

' ! ' ! — 0

— 0,25

/ \ ......../ .....\ . г /-\!\ — 0,5 — 0,75

1

/ V \ / / \ \

/ \ \ Ш -

100 200 300 400

Начальная фаза, градусы

Рис. 3. Семейство зависимостей действующего значения

тока КБ от начальной фазы источника напряжения пятой гармоники при различных сочетаниях мощностей

шести- и двенадцатипульсного преобразователей Fig. 3. Dependences of a capacitor current on initial phase of the voltage source of the fifth harmonic distortion at various combinations of six- and twelve-pulse converters

Расчет доли мощности шестипульсного преобразователя производился относительно суммарной потребляемой мощности обоих видов преобразователей. В представляемом исследовании были получены зависимости тока КБ от фазы для относительной доли мощности шестипульсного преобразователя

0, 0,25, 0,5, 0,75, 1. Доля мощности шестипульсного преобразователя, равная 0,5, означает, что нелинейная нагрузка на 50% по мощности состоит из шестипульсного преобразователя, а на 50% из двенадцати-пульсного, причем суммарная мощность обоих преобразователей не изменялась.

Анализ зависимостей, полученных на вышеуказанных гармониках, которые являются наиболее выраженными, показал, что:

- при увеличении доли шестипульсного преобразователя значительно повышается величина максимального тока КБ;

- при увеличении доли шестипульсного преобразователя возрастает влияние начальной фазы источника питания на величину тока КБ;

- наиболее выраженно указанные выше закономерности проявляются на пятой гармонике;

- при наличии только шестипульсного преобразователя по сравнению с подключением только две-надцатипульсного преобразователя величина тока возрастает примерно в 1,5 раза;

- в обоих случаях применения преобразователей, ток КБ превышает допустимую его величину.

Выявленные зависимости величины тока КБ от фазовых соотношений на высших гармониках в случае применения шести- и двенадцатипульсных преобразователей позволяют сделать следующие выводы:

- при наличии указанных видов преобразователей для расчета величины тока КБ необходимо учитывать начальную фазу напряжения, предварительно определив такое ее значение, при котором ток КБ будет максимальным;

- определяющим, относительно тока КБ, является шестипульсный преобразователь. При увеличении его доли по мощности в общей нагрузке, по сравнению с долей двенадцатипульсного преобразователя, влияние высших гармоник на работу КБ значительно увеличивается.

Список литературы

References

1. Шклярский Я.Э., Добуш В.С. Влияние энергетических характеристик на определение параметров электрической сети // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2012. № 4. С. 77-80.

2. Шклярский Я.Э. Добуш В.С. Оценка фазовых соотношений гармонических составляющих частотно-регулируемого привода // Записки Горного института. 2012. Т. 196. С. 285-288.

3. Шклярский Я.Э., Брагин А.А., Добуш В.С. Влияние гармонического состава тока и напряжения на мощность искажения // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2012. № 4. С. 26-31.

1. Sklärskij Ä.E., Dobus V.S. Vliänie energeticeskih harakteristik na opredelenie parametrov elektriceskoj seti // Naucno-tehniceskie vedomosti SPbGPU. 2012. № 4. S. 77-80.

2. Sklarskij Ä.E. Dobus V.S. Ocenka fazovyh sootnosenij garmoniceskih sostavläüsih castotno-reguliruemogo privoda // Zapiski Gornogo instituta. 2012. T. 196. S. 285-288.

3. Sklärskij Ä.E., Bragin А.А., Dobus V.S. Vliänie garmoniceskogo sostava toka i napräzeniä na mosnost' iskazeniä // Elektronnyj naucnyj zurnal «Neftegazovoe delo». 2012. № 4. S. 26-31.

Транслитерация по ISO 9:1995

- TATA —

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (133) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком