Подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук ПОДАВЛЕННЯ НЕКАНОНІЧНИХ ГАРМОНІК ВХІДНИХ СТРУМІВ ТЯГОВОЇ ПІДСТАНЦІЇНаявність 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. Для досягнення поставленої мети було потрібно вирішити задачі: - дослідження електромагнітних процесів, визначення енергетичних показників та гармонійного складу вхідного струму випрямляючої установки із вольтододатним випрямлячем; показано, що під дією не симетрії живильної мережі гармонійний склад вхідного струму випрямляючої установки тягової підстанції доповнюється неканонічними гармоніками;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; 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. У другому розділі досліджено електромагнітні процеси у випрямляючій установці тягової підстанції з вольтододатним тиристорним перетворювачем, які визначають генерацію гармонік в живильну мережу. Показано, яким чином встановлено, що під дією не симетрії живильної мережі вхідний струм випрямляючої установки доповнюється неканонічними гармоніками.Підвищення електромагнітної сумісності досягається покрашенням гармонійного складу вхідних струмів випрямляючої установки, а саме, подавлення неканонічних гармонік, що виникають під дією не симетрії живильної мережі. 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. 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. Показано, що під дією не симетрії живильної мережі гармонійний склад вхідного струму випрямляючої установки доповнюється неканонічними гармоніками.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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 компютерні 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.

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 .ru