Общероссийский цикловой проект «Вся Россия»;pdf

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
На правах рукописи
МОМОТ Борис Александрович
СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО
ПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА КАЧЕСТВО
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СЕТЯХ С АВТОНОМНЫМ
ИСТОЧНИКОМ
Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ
доктор технических наук,
профессор А.Е. Козярук
Санкт-Петербург - 2014
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................... 4
Глава 1 Сети автономного электроснабжения ................................................... 10
1.1 Автономные энергетические системы ....................................................... 10
1.1.1 Дизельные электростанции .................................................................. 10
1.1.2 Паротурбогенераторные установки .................................................... 15
1.1.3 Газотурбогенераторные установки. .................................................... 19
1.1.4 Ветрогенераторы ................................................................................... 20
1.1.5 Солнечные электростанции.................................................................. 22
1.2 Современные системы управления частотно-регулируемым приводом 27
1.2.1 Векторное управление .......................................................................... 27
1.2.2 Пространственно-векторная модуляция ............................................. 30
1.2.3 Прямое управление моментом ............................................................. 36
1.3. Проблема согласования мощности ........................................................... 41
1.4 Выводы к главе 1 ......................................................................................... 49
Глава 2 Электромагнитная
совместимость
между
сетью
автономного
электроснабжения и частотно-регулируемым приводом ................................. 51
2.1 Структура преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем 51
2.2 Структура преобразователя частоты с 12-ти пульсным выпрямителем 52
2.3 Применение активных и пассивных фильтров ......................................... 55
2.4
Применение
частотно-регулируемого
привода
с
активным
выпрямителем .................................................................................................... 59
2.5 Выводы к главе 2 ......................................................................................... 78
Глава 3 Математическое моделирование ........................................................... 82
3.1 Модель системы электроснабжения с автономным источником
электрической энергии. ..................................................................................... 82
3.2
Моделирование
скорости
изменения
потребляемой
мощности
частотно-регулируемым приводом. ................................................................. 89
3
3.3
Моделирование
сети
с
автономным
источником
электрической энергии с регулируемой скоростью изменения нагрузки ... 97
3.4
Сравнение
искажений
формы
кривой
тока,
потребляемой
преобразователем частоты с активным выпрямителем и с 12-ти пульсной
схемой выпрямления ....................................................................................... 100
3.5 Моделирование влияния изменения нагрузки на форму тока,
потребляемого преобразователем частоты с активным выпрямителем .... 109
3.6 Выводы к главе 3 ....................................................................................... 116
Глава 4 Экспериментальное исследование....................................................... 118
4.1 Объект исследования ................................................................................. 118
4.2. Выявление отклонений частоты при изменении задания на скорость
вращения привода. ........................................................................................... 123
4.3 Анализ качества электрической энергии ................................................ 128
4.4 Выводы к главе 4 ....................................................................................... 134
Заключение .......................................................................................................... 136
Список литературы ............................................................................................. 138
Приложение А ..................................................................................................... 146
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность:
Сети автономного электроснабжения – это широкий класс систем,
применяемых в мобильных объектах, в технологических комплексах,
располагающихся в удаленных регионах, а также в ряде других случаев. В
горной отрасли, ввиду частой удаленности объектов электроснабжения от
централизованных сетей, а также из-за применения машин и механизмов с
электродвижением, системы автономного электроснабжения встречаются
достаточно часто. [1]
Системы с автономным источником электрической энергии имеют ряд
особенностей
в
сравнении
с
сетями,
подключенными
к
единой
энергосистеме. Самым существенным отличием является то, что мощность
автономного источника ограничена, в то время как единую энергосистему
можно
рассматривать
как
источник
бесконечной
мощности.
Из-за
ограничения мощности, влияние потребителей на параметры работы сети
может быть существенно выше, чем в сетях подключенных к единой
энергосистеме.
Частотно-регулируемый привод переменного тока является основным
потребителем для широкого класса систем автономного электроснабжения. В
качестве
примеров
можно
привести
карьерный
самосвал,
морские
нефтедобывающие платформы, суда вспомогательного флота и другие.
Частотно-регулируемый
электропривод
является
потребителем с
быстро меняющейся мощностью, с нелинейной характеристикой, вносящий
нелинейные искажения в сеть. В системах с автономным источником
электрической энергии привод переменного тока оказывает существенное
влияние на качество электрической энергии. В связи с этим разработка
методов, снижающих воздействие привода на сеть с автономным источником
электрической энергии, является актуальной задачей.
5
Степень разработанности:
Вопросами
электромагнитной
эффективности
совместимости
частотно-регулируемого
и
энергетической
привода
занимались
Емельянов А.П., Ефимов А.А., Шрейнер Р.Т., Silva J.F., Pena R.S. и другие. В
данных работах рассматривалось влияние оказываемое электроприводом на
сеть и методы снижения данного влияния. Однако в данных работах не
учитывались характеристики источника электрической энергии.
Устойчивость
электрических
сетей
с
автономным
источником
электрической энергии исследовали такие ученые как Токарев Л.Н.,
Куфтин Д.С. и другие. В данных работах рассматривались способы
управления
нагрузки
автономными
и
электростанциями,
синхронизации.
В
работах
системы
были
распределения
приведены
общие
характеристики для различных источников автономного электроснабжения.
В данных работах не рассматривался вопрос повышения устойчивости
системы путем изменения
характеристик потребителя электрической
энергии.
Вопрос снижения влияния частотно-регулируемого привода большой
мощности на сеть с автономным источником электрической энергии в
данных работах рассмотрен не достаточно.
Цель работы
Повышение
качества
электрической
энергии
и
обеспечение
электромагнитной совместимости между частотно-регулируемым приводом
и сетью с автономным источником электрической энергии.
Идея работы
Применение преобразователя частоты с активным выпрямителем в
структуре электропривода в условиях автономной сети обеспечивает
электромагнитную
совместимость
между
источниками
электрической
энергии, электроприводом и остальными потребителями,
повышение
коэффициента мощности, а также возможность торможения с рекуперацией
энергии в питающую сеть. Модификация алгоритмов управления частотно-
6
регулируемым приводом позволит
снизить отклонения
частоты
в
питающей сети.
Основные задачи исследования
1. Сравнение
существующих
структур
частотно-регулируемого
электропривода с целью оценки целесообразности их применения в сетях с
автономным источником электрической энергии.
2. Разработка
математических
моделей
частотно-регулируемого
привода с преобразователем частоты различных топологий. Разработка
математической модели сети с автономным источником электрической
энергии.
3. Экспериментальные
электроснабжения
с
исследования
сети
частотно-регулируемым
автономного
электроприводом,
сопоставимого по мощности с источником электрической энергии.
4. Разработка рекомендаций по выбору структуры электропривода при
питании от сети с автономным источником электрической энергии.
Разработка методов, направленных на повышение устойчивости системы
автономного электроснабжения, содержащей в своем составе частотнорегулируемый привод большой мощности.
Научная новизна работы:
1.
Научно обосновано применение активного выпрямителя в
составе полупроводникового преобразователя частоты в
системах с
автономным источником электрической энергии.
2.
Разработаны методики повышения устойчивости систем с
автономным источником электрической энергии, содержащих в своем
составе электропривод соизмеримой мощности.
Практическая значимость работы:
1.
Обоснование
целесообразности
использования
структуры
электропривода с активным выпрямителем напряжения в системах с
автономными источником электрической энергии.
7
2.
Разработка
методов,
снижающих
влияние
резкого
изменения нагрузки электропривода на систему электроснабжения с
автономным источником.
Методы исследований
Математическое
моделирование
различных
режимов
работы
электропривода с полупроводниковым преобразователем, а также сети
электроснабжения с автономным источников электрической энергии в
программном комплексе Matlab Simulink. Экспериментальное исследование
сети с автономным источником электрической энергии.
Положения выносимые на защту:
1.
Разработанные методы корректировки алгоритма управления
электроприводом переменного тока большой мощности позволяют снизить
отклонение частоты и напряжения в электрических сетях с автономным
источником электрической энергии.
2.
Частотно-регулируемый
электропривод
с
активным
выпрямителем является индивидуальным комплексным энергосберегающим
оборудованием,
позволяющим
обеспечивать
коэффициент
мощности
близким к единице и коэффициент несинусоидальности напряжения в
регламентированных пределах для сети с автономным источником энергии.
Степень достоверности выводов и рекомендаций, изложенных в
диссертации, основана на удовлетворительной сходимости результатов
математического моделирования и экспериментальных исследований.
Апробация
Основные
положения
и
результаты
диссертационной
работы
докладывались и получили положительную оценку на конференциях: НПО
«Аврора» «Корабельные системы управления и обработки информации.
8
Проектирование и изготовление»
(ноябрь
научно-практической
«Стратегические
конференции
2013),
Международной
коммуникации,
теоретические знания и практические навыки в экономике, управлении
проектами,
педагогике,
праве,
политологии,
природопользовании,
психологии, медицине, философии, филологии, социологии, технике,
математике, физике, химии» (ноябрь 2013), Омская конференция (октябрь
2013), конференция молодых ученых Национального минерально-сырьевого
университета «Горный» 2012г (апрель 2012).
Публикации
По теме диссертации всего опубликовано 4 печатные работы, в том
числе 2 в научных изданиях, рекомендованных перечнем ВАК Минобрнауки
России.
Реализация результатов работы
Рекомендации по структуре и составу оборудования электропривода в
условиях автономной системы использованы при разработке системы
электродвижения
в
«Крыловском
Государственном
Научно-
исследовательском центре». Метод повышения устойчивости автономной
системы был реализован на проекте морского буксира 745 «Виктор
Конецкий».
Личный вклад автора
Определение и постановка задачи. Исследование структуры приводов,
питающихся от автономных систем электроснабжения. Теоретическое
обоснование энергоэффективности частотно-регулируемого электропривода
с активным выпрямителем. Разработка алгоритмов управления приводом,
повышающих
устойчивость
электрической энергии.
системы
с
автономным
источником
9
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на
151 странице. Содержит 95 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 84
наименований и 1 приложение.
10
ГЛАВА 1 СЕТИ АВТОНОМНОГО
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1 Автономные энергетические системы
Автономная энергетическая система – это система, в которой мощность
источников электрической энергии близка по мощности к потребителям
электрической энергии, при отсутствии подключения к внешним источникам
электрической энергии.
Автономное
энергоснабжение
применяется
в
системах
с
электродвижением, в системах электроснабжения, в районах, где построение
централизованных систем электроснабжения экономически нецелесообразно.
Основной
отличительной
чертой
автономных
систем
электроснабжения является конечная мощность источника электрической
энергии. При проектировании мощность источника обычно близка к
суммарной мощности потребителей. В связи с этим потребители в системе
оказывают существенное влияние на источник электрической энергии и на
других потребителей электрической энергии подключенных к общим шинам.
Источниками электрической энергии в автономных системах могут
быть: дизель-генераторы, паро-турбогенераторы, установки на топливных
элементах, солнечные батареи, ветряные генераторы и электрические
машины в режиме рекуперирования энергии. Каждый из источников имеет
ряд характерных особенностей.
1.1.1 Дизельные электростанции
Дизель-генератор представляет собой установку, состоящую из
дизельного
двигателя
и
генератора.
Дизельэлектрические
агрегаты
используются в составе дизельной электростанции, в которую помимо
11
дизель-генераторов так же входят
щит
распределения
энергии,
устройства автоматики и пульт управления.
Дизельные двигатели по принципу работы разделяются на 2-тактные и
4-тактные. Двухтактный цикл работы позволяет удвоить количество рабочих
циклов, однако из-за наличия стадии продувки удельную мощность можно
повысить
только
в
1,6-1,7
раз.
В
настоящее
время
наибольшее
распространение получили 4-тактные дизельные двигатели в виду большей
равномерности сгорания топлива. Двухтактные дизельные двигатели нашли
свое применение в качестве судовых тихоходных, безредукторных приводов
гребного винта.
Среди преимуществ перед бензиновыми двигателями можно отметить
более высокий КПД двигателя, возможность достижения большей степени
сжатия в цилиндрах, что, как следствие, ведет к более низкой температуре
отработанных газов. Дизельный двигатель при запуске требует большого
усилия на проворот коленвала, что является следствием большой степени
сжатия. Конструкция дизельного двигателя более тяжелая, чем конструкция
бензинового двигателя тех же объемов в виду большей степени сжатия и, как
следствие, большим прикладываемым усилием на детали двигателя.
В случае необходимости повышения удельной мощности дизельных
двигателей повышают степень сжатия воздушной смеси. Для этих целей
применяют турбонаддув, как один из методов агрегатного наддува.
Турбонаддув использует энергию отработавших газов для сжатия воздуха во
впускном коллекторе дизельного двигателя.
Основными
составными
частями
турбонаддува
являются:
турбокомпрессор и интеркулер. Вращаясь с частотой вращения турбины,
компрессор сжимает воздух. Интеркулер предназначен для охлаждения
температуры воздуха после сжатия в турбокомпрессоре.
Помимо интеркулера и турбокомпрессора в систему турбонаддува
входят: перепускной клапан (для перепуска воздуха на момент закрытия
топливной заслонки), регулировочный клапан (поддерживает заданное
12
давление
на
впускном
коллекторе), систему смазки и
охлаждения, а также стравливающий клапан.
Управление
мощностью,
производимой
дизельным
двигателем,
осуществляется за счет изменения количества топлива, подаваемого в
топливные цилиндры. При использовании дизельного двигателя в составе
дизель-генератора система управления мощностью дизеля совмещается с
системой
управления
электростанцией.
Основной
задачей
системы
управления дизель-генератором является поддержание постоянства частоты
и напряжения на установленном уровне. При работе в составе дизельгенераторной установки на первичный двигатель влияние оказывают многие
факторы: изменение нагрузки, изменение частоты сети, сигналы на выход на
подсинхронную частоту и другие. Поэтому для контроля над скоростью
вращения первичного двигателя вводят отдельную систему управления.
Система управления скоростью вращения двигателя состоит из
регулятора скорости вращения и исполнительного механизма, влияющего на
работу первичного привода. В качестве регуляторов скорости вращения
может применяться широкий класс устройств, начиная от механических
регуляторов.
В
современных
микропроцессорное
управление
системах
с
управления
цифровым
ПИД
применяется
регулятором,
поддерживающим требуемую мощность и скорость вращения дизельного
двигателя.
В
качестве
исполнительного
механизма
используется
сервопривод, регулирующий положение топливной рейки и объем топлива,
подаваемый в камеру сгорания. В качестве сигнала обратной связи
используется сигнал с датчика вращения или сигнал о частоте напряжения на
выходе синхронного генератора. В качестве сигнала обратной связи по
частоте вращения дизельного двигателя может быть использован сигнал о
частоте напряжения на выходе генератора.
Ввиду
применения
цифрового
регулятора
с
интегральной
составляющей – статическая ошибка регулирования частоты вращения может
быть равна нулю [9]. С целью повышения устойчивости параллельной
13
работы
дизель-генераторов
на
общие шины вводят специальную
статическую характеристику. Статическая характеристика, реализуемая
системой управления дизель-генератором, приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Статическая характеристика дизель-генератора
Как видно из рисунка 1.1, при росте активной нагрузки частота
вращения
дизельного
двигателя
снижается.
Современные
системы
управления позволяют задавать уровень наклона характеристики. На
практике обычно данный параметр устанавливают равным 3%.
В
дизель-генераторной
установке
преобразование
механической
энергии в электрическую осуществляется за счет синхронной машины. Как
правило, используются явнополюсные синхронные машины с независимым
возбуждением. Система возбуждения синхронной машиной состоит из
системы управления и управляемого выпрямителя.
Система управления возбуждением регулирует напряжение в обмотках
возбуждения
генератора.
Возмущающими
воздействиями
являются:
изменение нагрузки на дизель-генератор и изменение скорости вращения
дизель-генератора.
Помимо статической характеристики, для определения параметров
работы дизель-генераторной установки также используют динамическую
характеристику. Динамическая характеристика показывает степень влияния
ступенчатого изменения нагрузки на уровень напряжения и частоту на
14
выходе
генератора.
Динамическую
характеристику
определяют параметры оборудования и настройка регуляторов [32]. Оценка
качества осуществляется по переходным процессам и устанавливается из
максимальной амплитуды рассогласования задания и сигналов с датчиков
обратной связи по каналам частоты и напряжения, а также, исходя из
длительности переходного процесса.
КПД дизель-генераторной установки в большей степени определяется
КПД дизельного двигателя. Из-за конструктивных особенностей дизельный
двигатель обладает максимальным КПД при нагрузке порядка 80% от
максимальной. Нагрузка на дизельный двигатель меньше 20% считается
неэффективной и ее стараются избегать. Для повышения надежности,
увеличения КПД дизель-генераторов и снижения расхода топлива в
автономных
системах
может
быть
установлено
несколько
дизель-
электрических установок. В процессе работы нагрузка распределяется между
работающими в параллель генераторами. В случае небольшой нагрузки в
работе остается один дизель-генератор, остальные останавливаются. Обычно
количество дизель-генераторов, параллельно работающих на общие шины, не
превышает 5.
Установка нескольких работающих в параллель дизель-генераторных
установок определяет необходимость согласования управления процессами
распределения мощности и синхронизации частоты и фазы напряжения при
подключении к общим шинам. Системы распределения мощности и
синхронизации подают сигналы на систему управления частотой вращения
дизеля и систему управления возбуждением, поэтому эффективность работы
системы распределения нагрузки и синхронизации напрямую зависит от
параметров регулирования систем управления возбуждением и частотой
вращения.
Дизельные электростанции получили наибольшее распространение в
качестве источников электрической энергии для систем автономного
15
электроснабжения.
Мощность
дизельных электростанций может
колебаться от нескольких киловатт до десятков мегаватт.
1.1.2 Паротурбогенераторные установки
Паротурбогенераторная установка предназначена для преобразования
энергии пара в электрическую энергию и состоит из нескольких агрегатов.
Первичным
двигателем
для
данного
вида
генераторов
является
паротурбинная установка.
Рисунок 1.2 – Паротурбогенераторная установка
Паротурбинные установки – это установки большой мощности,
преобразующие энергию пара в механическую энергию. Как показано на
рисунке 1.2 - парогенераторная установка преобразует химическую энергию
или другой вид энергии в энергию пара. Перегретый пар под большим
16
давлением
подается
через
специальные направляющие сопла
на лопатки турбины. Давление пара приводит во вращение колесо турбины.
Турбина состоит из нескольких рядов дисков с лопатками разного размера –
ступеней. Расширяясь и двигаясь от ступеней с меньшим диаметром к
ступеням с большим диаметром, пар равномерно отдает энергию по всей
длине турбины. Строение турбинной установки показано на рисунке 1.3.
Отработанный пар с выхода турбины возвращается обратно в парогенератор,
где происходит его повторный нагрев.
Рисунок 1.3 – Паровая турбина
Частота вращения турбины составляет, как правило, от 3 до 10 тыс.
об/мин. Турбина обладает высокой инерционностью. Выход на рабочие
обороты и мощность занимает достаточно длительное время.
Управление
скоростью
вращения
и
мощностью
турбины
осуществляется регулированием количества пара, подаваемого в турбину.
Количество энергии, производимое парогенератором с учетом, времени
регулирования скорости вращения турбины и изменения производимой
17
мощности,
можно
считать
постоянным.
Избыточное
количество пара подается в пароконденсатор, где пар осаждается и вновь
подается в парогенератор. Распределение пара между пароконденсатором и
турбиной
клапана.
осуществляется
В
случае
посредством
необходимости
перепускного
увеличения
гидравлического
мощности
турбины
происходит плавное увеличение количества пара, подаваемого в турбину. В
случаях, когда необходимо снизить мощность, происходит снижение
количества пара. Процесс регулирования скорости вращения осуществляется
системой управления паротурбинной установки.
В качестве преобразователя механической энергии в электрическую
выступает
синхронный
генератор.
Конструктивной
особенностью
синхронного генератора является высокая скорость вращения. Внешний вид
генератора приведен на рисунке 1.4. Система управления возбуждением
генератора осуществляет те же функции, что и в дизель-генераторной
установке.
18
Рисунок 1.4 – Генератор паротурбогенераторной установки
Скорость
изменения
вырабатываемой
мощности
для
турбогенераторной установки достаточно низкая. При постоянной скорости
время сброса нагрузки составляет порядка нескольких секунд, время набора
мощности может измеряться десятками секунд.
Паротурбогенераторы
электрической
потребителями
энергии
большой
применяются
в
сетях
в
автономного
мощности.
Данный
качестве
источника
электроснабжения
вид
с
генераторов
устанавливается на ледокольных судах, на буровых платформах и в ряде
других систем.
19
1.1.3 Газотурбогенераторные установки.
Газотурбогенераторная установка состоит из газотурбинной установки
и генератора. Газотурбинная установка состоит из генератора, турбины и
редуктора. Устройство турбины показано на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Турбинагазотурбогенераторной установки
Газовая турбина состоит из компрессора, сжимающего воздух на входе
турбины, камеры сгорания, в которой происходит смешение и воспламенение
горючих газов, турбины, где разогретые газы передают свою энергию на
лопатки и формируют вращательное усилие, и выходного диффузора,
отводящего отработанные газы из турбины.
Регулирование
скорости
вращения
осуществляется
посредством
регулирования количества топлива, подаваемого в камеру сгорания турбины.
Система управления турбогенераторной установкой, поддерживающей
постоянную скорость вращения, имеет обратную связь с датчика скорости
вращения турбины и реализует ПИ или ПИД закон регулирования. Скорость
изменения производимой мощности у данной установки достаточно велика.
Однако установка чувствительна к быстрому изменению нагрузки.
20
Газотурбинные генераторы
моторесурсом.
Из
преимуществ
обладают низким КПД и малым
можно
отметить
крайне
высокие
массогабаритные показатели. Совокупность низкого моторесурса и высокой
удельной
мощности
определила
область
применения
газотурбинных
установок. Данные установки используются для компенсации пиковой
нагрузки или на газоперекачивающих станциях. В качестве источников для
систем автономного электроснабжения применяются на месторождениях
полезных ископаемых и на нефтедобывающих платформах.
1.1.4 Ветрогенераторы
Принцип действия ветроэнергетической установки (ВЭУ) заключается
в преобразовании энергии ветра в механическую энергию вращающегося
ветроколеса.
Энергия
ветроколеса
посредством
асинхронного
или
синхронного генератора преобразуется в электрическую энергию.
Ранее в ветроустановках применялись ветроколеса так называемого
«активного» типа (карусельного и парусного типа, Савониуса и др.),
использующие силу давления ветра. Эти ветроколеса имеют очень низкий
КПД (менее 20%), поэтому в настоящее время для производства энергии они
не применяются.
В
настоящее
время
применяются
две
основные
конструкции
ветроколес:
 Горизонтально осевые;
 Вертикально осевые.
Установки осевого типа используют разницу давления оказываемого на
профиль крыла при набегании встречного потока. Из-за использования
одного принципа оба типа ветроэнергетических установок имеют примерно
равный КПД, однако наибольшее распространение получили ветроагрегаты
первого типа.
Мощность,
производимая
ветроэлектроустановками,
варьироваться от сотен ват до нескольких мегаватт.
может
21
Рисунок 1.6 – Устройство современных ветроэнергетических установок
Основными
компонентами
ветроустановки,
кроме
собственно
ветроколеса, являются башня, мультипликатор и генератор. В зависимости от
мощности ветроэнергетической установки диаметр ветроколеса может
составлять от одного до нескольких десятков метров, а номинальная частота
его вращения от 15 до 100 об/мин. Мультипликатор (редуктор) служит для
повышения числа оборотов ветроколеса и согласования с частотой вращения
генератора. Ветроэнергетические электроустановки небольшой мощности
могут не содержать мультипликатор [3].
В качестве преобразователей механической энергии в электроэнергию
чаще всего применяются асинхронные генераторы. В последнее время все
большую
популярность
приобретают
установки
с
синхронными
генераторами на постоянных магнитах со статическим преобразователем
частоты.
Характерной особенностью ветроэнергетических электроустановок
является неуправляемая максимальная мощность источника. Верхний предел
мощности, получаемый от источника электрической энергии, зависит от
силы ветра. Мощность ветрогенератора может быть снижена, если нет
22
возможности потребить данную
энергию.
энергоэффективности
электроснабжения
и
надежности
Для
повышения
данный
вид
источника электрической энергии применяют совместно с аккумуляторными
батареями, позволяющими запасать электроэнергию при малом потреблении
и отдавать электрическую энергию в часы пиковых нагрузок и/или при
недостаточной скорости ветра.
Аккумуляторные батареи являются потребителем и источником
электрической энергии с быстро меняющейся управляемой мощностью.
Наличие потребителя с управляемой, быстроменяющейся мощностью
позволяет снизить влияние нагрузки с неуправляемым энергопотреблением
на питающую сеть.
1.1.5 Солнечные электростанции.
Системами
солнечного
электроснабжения
называются
системы,
использующие в качестве тепловой энергии солнечную радиацию. Их
характерным отличием является применение специального приемника,
предназначенного для улавливания солнечной радиации и преобразования ее
в другой вид энергии [5].
По методу преобразования электрической энергии можно разделить
солнечные электростанции на нагревательные и фотоэлектрические.
В свою очередь нагревательные электростанции можно разделить на
концентрирующие гелиоприемники и плоские солнечные коллекторы.
В
настоящее
концентраторами
время
(рисунок
электростанций.[4,6]
солнечные
1.7,
1.8)
системы
доминируют
с
параболическими
среди
солнечных
23
Рисунок 1.7 – Параболические концентраторы солнечного излучения
Такие установки представляют собой сферические или параболические
зеркала (лотки), которые концентрируют солнечный свет на приемных
трубках, содержащих жидкость-теплоноситель [5]. В качестве теплоносителя
обычно используют воду, либо незамерзающие жидкости. Теплоноситель
нагревается почти до 400°C и прокачивается через ряд теплообменников; при
этом вырабатывается перегретый пар, приводящий в движение обычный
турбогенератор для производства электричества. Для снижения тепловых
потерь приемную трубку может окружать прозрачная стеклянная трубка,
помещенная вдоль фокусной линии цилиндра. Как правило, такие установки
включают в себя одноосные или двуосные системы слежения за Солнцем,
для того, чтобы обеспечить постоянство направления на Солнце.
24
Рисунок 1.8 – Солнечная электростанция с параболическими
концентраторами солнечного излучения
К
установкам
большой
мощности
также
относят
солнечные
электростанции башенного типа (рисунок 1.9). В этих системах используется
вращающееся поле отражателей-гелиостатов. Они фокусируют солнечный
свет на центральный приемник (1), сооруженный наверху башни, который
поглощает тепловую энергию и приводит в действие турбогенератор (3).
Управляемая компьютером двуосная система слежения устанавливает
гелиостаты так, чтобы отраженные солнечные лучи были неподвижны и
всегда падали на приемник. Циркулирующая в приемнике жидкость
переносит тепло к тепловому аккумулятору в виде пара (2). Пар вращает
турбину
для
выработки
электроэнергии
(4),
либо
непосредственно
используется в промышленных процессах. Температуры на приемнике
достигают от 538 до 1482°C.
25
Рисунок 1.9 – Солнечная электростанция башенного типа
Принцип работы фотоэлектрической станции (ФЭС) отличает от
предыдущих типов электростанций, получающих электроэнергию от Солнца,
тем, что они работают на прямом преобразовании солнечного энергии в
электричество
[6].
Это
возможно
за
счет
процесса
из
группы
фотоэффекта,
протекающего внутри каждого элемента.
ФЭС,
как
правило,
состоит
солнечных
модулей,
аккумуляторных батарей, зарядного устройства и инвертора. На рисунке 1.10
представлена структурная схема ФЭС автономного обеспечения объекта.
Рисунок 1.10 – Структурная схема ФЭС
Представленная
структура
является
наиболее
распространенным
вариантом ФЭС. Кроме этого, существуют также другие схемы:
1) наличие подключения к централизованному электроснабжению. В
таком случае ФЭС служит аварийным источником питания или наоборот;
26
2) ФЭС работает параллельно
с каким-либо другим источником
питания – дизельная установка, ветрогенератор, турбогенератор и т.д.
Электростанции, использующие для производства электрической
энергии
солнечную
радиацию,
не
могут
изменять
максимальную
производимую мощность, поскольку максимальная мощность этих установок
зависит от внешних факторов. Так же, как и для ветрогенераторных
электроустановок, установка аккумуляторных батарей позволяет согласовать
изменяющееся
потребление
и
изменяющуюся
мощность
источника
электрической энергии.
Ветрогенераторы и солнечные установки можно отнести к установкам
с нерегулируемым объемом производимой мощности. Объем энергии,
производимый данными источниками электрической энергии, зависит от
внешних факторов. Для согласования потребляемой и производимой
мощности данные источники электрической энергии применяют или
совместно с балансирующими батареями, или совместно с регулируемым
источником электрической энергии. В качестве регулируемого источника
электрической
энергии
могут
выступать
дизель-генераторы,
распределительные сети и другие. Балансирующие аккумуляторы позволяют
запасать «излишки» энергии в моменты наименьшего потребления и
возвращать
энергию
в
момент,
когда
производимая
источником
электрической энергии мощность меньше требуемой потребителям.
Рассмотренные выше источники электрической энергии можно
условно разделить на установки с управляемой производимой мощностью и с
неуправляемой производимой максимальной мощностью. К установкам с
управляемой мощностью можно отнести дизель-генераторы, паротурбинные
установки
и
газотурбинные
установки.
Скорость
регулирования
производимой данными электроустановками мощности различна. Скорость
управления производимой мощностью максимальна у дизель-генераторов,
однако и она может достигать нескольких секунд.
27
1.2 Современные системы управления частотно-регулируемым
приводом
1.2.1 Векторное управление
Основные принципы векторного управления частотно-регулируемым
приводом были разработаны в 70-х годах ХХ века [23]. На сегодняшний день
частотно-регулируемый привод с векторным управлением получил широкое
распространение и выпускается большей частью фирм, производящий
преобразователи частоты.
Векторное управление основывается на оперировании обобщающими
векторами и их проекциями на ортогональные оси. Благодаря использованию
обобщающих векторов, стало возможным упростить систему уравнений
приводом и производить вычисления с проекциями как со скалярными
величинами. Для преобразования из проекций в векторные величины и
осуществления обратных преобразований векторные системы управления
содержат
тригонометрические
и
фазовые
преобразователи.
Тригонометрические преобразователи позволяют преобразовать проекции
обобщающих векторов из одной системы координат в другую систему
координат. В качестве систем координат, как правило, выбирают системы
неподвижную, связанную со статором и вращающуюся синхронно с
выбранным опорным вектором. Фазовые преобразователи служат для
преобразования трехфазной системы векторов в двухфазную систему и для
обратного преобразования. Формулы для преобразования обобщающего
вектора тока статора I1 из неподвижной системы координат во вращающуюся
систему координат с осями s1 и s2 (1.2.1) [25]:
I s1  I s cos   I s sin  , 


I s 2  I s cos   I s sin  ,

(1.2.1)
,
28
где
γ
–
текущий
угол
поворота вращающейся системы
координат относительно неподвижной системы.
Обратное преобразование производится по формулам:
I s  I s1 cos   I s 2 sin  ,

I s  I s1 sin   I s 2 cos  . 
,
(1.2.2)
Формулы для преобразования из трехфазной системы координат в
двухфазную:
U s  U A ,


1
U B  U C  ,
U s 

3

I s  I A ,


1
I B  I C . 
I s 
3
,
(1.2.3)
Обратное преобразование из двухфазной системы координат в
трехфазную систему:
U A  U s ,


1
3
U B   U s 
U s ,

2
2

1
3
U C   U s 
U s , 

2
2

I A  I s ,


1
3
I B   I s 
I s , 
2
2


1
3
I C   I s 
I s . 
2
2
,
(1.2.4)
Чаще всего вращающуюся систему координат ориентируют по вектору
потокосцепления ротора. Система уравнений, описывающих состояние
короткозамкнутого асинхронного электродвигателя во вращающейся со
скоростью вектора потокосцепления ротора системе координат, имеют
вид [25]:
29

dI s1
drm
Ls  K r
 I s 2 Ls  Rs I s1 , 
dt
dt


dI s 2
U s2 
Ls  I s1Ls  K r rm  Rs I s 2 ,
dt

drm Rr
Lm Rr

0
 rm  I s1
,

dt
Lr
Lr


RL
0  rm  r m I s 2 ,

Lr


mpK r
Md 
rm I s 2 ,

2
,
U s1 
где
(1.2.5)
     p .
Как видно из приведенных уравнений, векторная система управления
позволяет раздельно управлять контуром потокосцепления и момента.
Современные системы векторного управления выполняются по
принципу
подчиненного
двухконтурного
регулирования.
Канал
регулирования потокосцепления ротора двигателя содержит внутренний
контур регулирования составляющей тока статора is1. В качестве регулятора
используется
ПИ-регулятор.
потокосцепления
регулирования
rm
Внешний
контур
регулирования
модуля
также использует ПИ-регулятор (1.2.1). Канал
электромагнитного
момента
асинхронного
двигателя
содержит внутренний контур регулирования составляющей тока статора is2 и
контур регулирования скорости вращения привода. В качестве регуляторов,
как правило, используются ПИ-регуляторы.
30
Рисунок 1.2.1 – Структурная схема электропривода с векторным
управлением
Векторные системы управления электроприводом получили свое
широкое распространение благодаря способности обеспечивать достаточно
высокие энергетические характеристики и быстродействие во всем диапазоне
частот работы привода. К недостаткам векторного управления можно
отнести необходимость настройки большого числа ПИ-регуляторов, в
условиях меняющихся параметров асинхронного двигателя, настроить
регуляторы
на
заданные
критерии
качества
регулирования
бывает
затруднительно. [45]
1.2.2 Пространственно-векторная модуляция
Пространственно-векторное управление является развитием системы
векторного
управления
электроприводом.
Система
пространственно-
векторной модуляции заменяет ШИМ модуляцию в классическом векторном
управлении [46, 63]. Отличие заключается в способе формирования
напряжения на выходе автономного инвертора.
31
Положение
вектора
напряжения на выходе инвертора
может принимать 6 значений U1, U2,…U6 и две нулевые позиции
(рисунок 1.2.2). В нулевых позициях все ключи инвертора подключены к
верхней или нижней шине инвертора. Требуемый вектор напряжения на
выходе инвертора может формироваться путем поочередного включения
пары смежных векторов:
,
(1.2.6)
где t1 – время действия вектора U1, t2 – время действия вектора U2.
Рисунок 1.2.2 – Формирование вектора напряжения на выходе инвертора
Регулирование амплитуды вектора напряжения на выходе инвертора
осуществляется путем включения одного из нулевых положений на время t0.
Общее время цикла составляет:
(1.2.7)
Время цикла определяет частоту переключения силовых коммутаторов
инверторной схемы. На рисунке 1.2.3 показаны положения ключей
инвертора, а на рисунке 1.2.4 приведен график во временной области,
32
поясняющий работу ключей, при
формировании
заданного
пространственного вектора напряжения в секторе 1.
Рисунок 1.2.3 – Состояние ключей инвертора для векторов U1 и U2
Рисунок 1.2.4 – График переключения ключей инвертора в секторе 1
Вектора U0 – U7 на рисунке1.2.2 имеют следующие проекции на оси α и
β:
√
√
√
, (1.2.8)
√
{
где
.
Заданный вектор напряжения в секторе 1 формируется согласно
формуле:
[
]
[
√
] * +,
(1.2.9)
В общем случае для любых смежных векторов можно написать:
33
[
]
] * +,
[
(1.2.10)
Решив систему уравнений (2.4.5) относительно t1 и t2, получим
значения времени включения каждого из смежных векторов:
{
,
(1.2.11)
Угловое положение заданного вектора напряжения находится по
проекциям:
,
(1.2.12)
Вычисленный угол определяет номера смежных векторов. Для
вычисления угла используют уравнения, описывающие состояние двигателя.
Во вращающейся со скоростью вектора потокосцепления статора ωψ системе
координат уравнения статорной и роторной цепей асинхронного двигателя
имеют вид:
(
)
(
, (1.2.13)
)
{
Исходя из общепринятого допущения о пренебрежимо малом активном
сопротивлении статора приравняем его в уравнениях к нулю. После
обозначения β = ω −ω ψ ,система уравнений примет вид:
,
{
(1.2.14)
34
Уравнение
момента
в
выбранной системе координат для
трехфазной машины:
,
(1.2.15)
Из (1.2.15) следует:
,
(1.2.16)
,
(1.2.17)
,
(1.2.18)
Приняв Ks = Kr , учитывая, что проекция вектора потокосцепления
статора на ось 2 равна нулю, получим:
|
|
,
(1.2.19)
Решив уравнение (1.2.19) относительно βψsm и взяв производную,
получим [17]:
(
)
,
(1.2.20)
Подставив (1.2.20) в (1.2.13), получим:
(
)
,
(1.2.21)
Можно предложить следующий алгоритм вычисления проекций
заданного вектора напряжения [37]:
{
(
)
, (1.2.22)
где k – коэффициент, p – число пар полюсов, ω0 – задание на частоту
вращения, Ψ0sm – задание номинального магнитного потока двигателя, M0 –
задание на момент, полученный с регулятора скорости вращения, ΔT – шаг
счета. [38]
Структурная схема системы управления с пространственно-векторной
модуляцией представлена на рисунке 1.2.5. В блоке вычисления вектора
35
напряжения
определяются
проекции вектора напряжения на
оси 1, 2 по формулам (1.2.21).
.
Рисунок 1.2.5 – Функциональная схема привода с пространственновекторной модуляцией
36
1.2.3
Прямое управление
Метод прямого управления
моментом
моментом (в зарубежных источниках
Direct Torque Control или сокращенно DTC) [65] был предложен японскими
учеными
Takahashi
и
Noguchi
в
1985г.
Лидером
в
производстве
преобразователей частоты, использующих DTC алгоритм управления,
является фирма ABB. По информации фирмы-изготовителя, привод
отрабатывает 100% скачок задания момента за 1-2 мс, а также обеспечивает
точность поддержания скорости на уровне 10% скольжения АД без
использования датчика скорости и 0,01% - с использованием датчика
скорости [71].
На рисунке 1.2.6 приведена диаграмма возможных положений вектора
напряжения на выходе автономного инвертора.
Рисунок 1.2.6 – Расположение векторов потокосцеплений и напряжений в
неподвижной системе координат α-β
Момент, развиваемый машиной переменного тока пропорционален
векторному произведению переменных состояния [71]:
Mэ 
3
3
3 kk
 0  is   k r  r  is   s r  r  s ,
2
2
2 Lm
Электромагнитный
момент
двигателя
(1.2.23)
Мэ
пропорционален
произведению модулей потокосцеплений и синусу угла  между ними.
37
Постоянная времени ротора Tr
достаточно
велика,
поэтому
модуль потокосцепления ротора изменяется медленно. При рассмотрении
отрезка
времени,
потокосцепления
соответствующего
ротора
можно
периоду
принять
коммутации,
постоянным.
модуль
Управление
электромагнитным моментом двигателя осуществляется в основном путем
изменения угла между потокосцеплением статора и ротора, путем выбора
s
вектора напряжения, вызывающего такое изменение положения
относительно r , которое обеспечивает необходимый знак приращения
электромагнитного
момента
и
одновременно
–
необходимый
знак
приращения модуля потокосцепления.
Для каждого из шести секторов характерен определенный набор
векторов напряжения для всех возможных комбинаций требуемых знаков
изменения модуля потокосцепления и момента. Функциональная схема
электропривода с прямым управлением момента показана на рисунке1.13.
Рисунок 1.2.7 – Функциональная схема электропривода с прямым
управлением моментом
Регулирование
положения
ротора
осуществляется
с
периодом
максимально возможного переключения силовых ключей. На каждом шаге
38
процессора осуществляется расчет
требуемого положения силовых
ключей инвертора.
Состояние
силовых
ключей
формируется,
исходя
из
таблицы
переключений. Входными параметрами для таблицы служат текущее
положение
потокосцепления
и
выходы
с
регуляторов
момента
и
потокосцепления ротора.
Таблица 1.1 – Таблица выбора вектора напряжения
 s
Сектор
1
U2
U0
U6
U3
U7
U5
M
1
0
-1
1
0
-1
1
0
Сектор
2
U3
U7
U1
U4
U0
U6
Сектор
3
U4
U0
U2
U5
U7
U1
Сектор
4
U5
U7
U3
U6
U0
U2
Сектор
5
U6
U0
U4
U1
U7
U3
Сектор
6
U1
U7
U5
U2
U0
U4
Регуляторы потокосцепления и момента реализуют петлю гистерезиса.
Если текущее значение момента отличается от задания более чем на
заданную петлей гистерезиса величину – происходит изменение выхода
регулятора [72]. На рисунке 1.14 представлены возможные характеристики
релейных регуляторов, по оси Х текущая ошибка, по оси С выходное
значение регулятора:
C
a
Y
C
b
C
0
-C
-b
Y
C
b
0
X
-
X
-b
-C
a
а)
б)
а
б
Рисунок 1.2.8 – Статические характеристики используемых регуляторов
Как
правило,
трехпозиционного
регулятор
релейного
момента
регулятора
выполняется
с
на
основе
центральной
зоной
39
нечувствительности
(рисунок 1.2.8,
а).
Релейный
регулятор потокосцепления строится на основе двухпозиционного релейного
звена с гистерезисным допуском (рисунок 1.2.8, б).
После определения требуемого сектора напряжения на выходе
автономного инвертора по таблице переключения (таблица 1.2) находят
сигнал, соответствующий заданному положению вектора, и по нему
производят переключение силовых ключей.
Таблица 1.2 – Таблица переключения транзисторов
U1
kA1
kA2
kB1
kB2
kC1
kC2
вкл
откл
откл
вкл
откл
вкл
U0
откл
вкл
откл
вкл
откл
вкл
U2
вкл
откл
вкл
откл
откл
вкл
U7
вкл
откл
вкл
откл
вкл
откл
U3
откл
вкл
вкл
откл
откл
вкл
U0
откл
вкл
откл
вкл
откл
вкл
U4
откл
вкл
вкл
откл
вкл
откл
U7
вкл
откл
вкл
откл
вкл
откл
U5
откл
вкл
откл
вкл
вкл
откл
U0
откл
вкл
откл
вкл
откл
вкл
U6
U7
вкл
откл
откл
вкл
вкл
откл
вкл
откл
вкл
откл
вкл
откл
На рисунке 1.2.9 приведена схема инвертора, на которой обозначение
силовых ключей соответствует таблице 1.2.
+0,5Ud
kA1
kB1
kC1
UA
UB
UC
c
kA2
kB2
kC2
-0,5Ud
Рисунок 1.2.9 – Схема инвертора
Угловое
положение
вектора
напряжения
в
обмотках
ротора
определяется по формуле:
  s 

  s  ,
  arctg 
(1.2.24)
40
где Ψsβ, Ψsα – проекции
вектора потокосцепления обмотки
статора на оси α и β.
Угол поворота вектора потокосцепления статора определяет номер
углового сектора:

если

6
 

,
6
5
 
,
6
6
5
5
   ,
6
6

если
если


  ,
6
6
5


   ,
6
2

если
если

если

2
 

6
,

то 1 сектор , 

то 2 сектор , 


то 3 сектор , 


то 4 сектор , 


то 5 сектор ,


то 6 сектор . 
,
(1.2.25)
Для определения скорости вращения привода в бездатчиковой системе
электропривода применяют наблюдатели координат.
Текущее состояние асинхронного двигателя определяется решением
системы уравнений двигателя:
ds
K
1
 U s  ' s  r' r ,
dt
Ts
Ts



ds

Kr
1
 U s  ' s  ' r , 
dt
Ts
Ts


dr
K
1
  ' r  s' s  r ,
dt
Tr
Tr


dr
Ks
1
  ' r  ' s  r , 

dt
Tr
Tr

s  K r r
*

is 
,
'

Ls



K


s
r r
is* 
,
'

Ls

(1.2.26)
,
L's
L2m
Lm
'
где: L  Ls  , K s  , Ts  . Для определения параметров роторной
Lr
Ls
Rs
'
s
цепи используются те же зависимости.
41
Характеристики привода с
прямым управлением моментом
определяются гистерезисными регуляторами, реализующими скользящий
режим
работы
[36].
Использование
данного
алгоритма
позволяет
максимально быстро изменять уровень потребляемой мощности, что
благоприятно сказывается на быстродействии системы, однако быстрое
изменение мощности привода может негативно сказываться на питающей
сети.
1.3. Проблема согласования мощности
Современный привод способен отрабатывать изменение момента за
время порядка нескольких миллисекунд [2]. На рисунке 1.3.1 приведен
график
потребления
мощности
частотно-регулируемым
приводом
с
векторным алгоритмом управления при ступенчатом изменении задания по
контуру момента до номинального значения и снижению до 0. Из графика
следует, что при увеличении задания и снижении задания происходит резкое
изменение потребляемой мощности.
1
P/Pн
Q/Qн
P
Q
t, c
0
t
0,7
1,с
1,9
,9
Рисунок 1.3.1 – Потребления активной и реактивной мощности частотнорегулируемым приводом при ступенчатом изменении задания момента
При разработке современных систем электропривода ограничения на
динамику накладываются, исходя из характеристик исполнительного
механизма. Испытания и наладка алгоритмов управления приводами часто
производится на стендах при питании от сетей централизованного
электроснабжения [84]. При разработке алгоритмов управления приводами
42
не учитываются характеристики
сети с автономным источником
электрической энергии в части реакции на резкое изменение потребляемой
мощности.
Мощность, производимая автономным источником электрической
энергии,
не
может
изменяться
мгновенно.
Одним
из
параметров,
характеризующих работу источника, является динамическая характеристика
приема нагрузки. При питании от автономной электростанции с изменением
тока потребления меняется момент на валу генератора, что в свою очередь
приводит к изменению скорости вращения вала первичного двигателя,
частоты и напряжения в сети автономного электроснабжения. Для
сохранения постоянства частоты и напряжения, система управления
электростанцией
имеет
в
своем
составе
два
независимых
контура
регулирования с обратной связью по амплитуде напряжения и частоты сети.
В качестве регуляторов как правило используют ПИ и ПИД регуляторы [41].
Исполнительным устройством контура регулирования уровня напряжения в
сети является управляемый выпрямитель. Исполнительным устройством
контура регулирования частоты питающей сети является актюаторный
механизм
или
характеризуются
напряжения
и
регулятор
подачи
временем
частоты
пара.
стабилизации
от
и
установленных
Переходные
величиной
ГОСТ-ом
процессы
отклонения
на
качество
электрической энергии.
Существует несколько способов обеспечение согласования по скорости
изменения мощности в системе электроснабжения с автономным источником
электрической энергии:
1.
увеличение
электрической
энергии.
скорости
набора
Данный
метод
мощности
предполагает
источником
внесение
конструктивных изменений в часть узлов генераторной установки (например:
изменение конструкции турбонагнетателей), а так же изменение настроек
алгоритма управления. Однако
внесение изменений в конструкцию
источника электрической энергии не всегда возможно, а изменение настроек
43
регулятора обычно не приводит к
увеличению
быстродействия,
поскольку настройки регуляторов, осуществляемые производителем, близки
к оптимальным;
2.
установка оборудования с управляемым и быстро изменяющимся
потреблением.
Одним
потребляемой
из
примеров
мощностью
потребителя
является
с
установка
регулируемой
балансирующих
аккумуляторных батарей [61]. Данный вид оборудования способен при
недостаточной мощности генераторной установки отдавать мощность, а при
избытке мощности забирать ее из сети [43, 44]. Ограничение данного способа
регулирования
связано
с
массогабаритными
характеристиками
аккумуляторных батарей экономической нецелесообразностью запасания
электрической энергии при большой мощности потребителей;
3.
модификация
ограничения
скорости
алгоритмов
изменения
управления
потребляемой
приводом
с
мощности
целью
[58].
В
значительной части систем автономного электроснабжения электропривод
является основным потребителем. В этом случае показатели качества
электрической
энергии
определяются
характеристиками
источника и
электропривода.
Данные методы не противоречат друг другу и могут быть применены в
комплексе. Первые два метода имеют существенные ограничения и зачастую
на практике неприменимы.
В рамках работы было предложено несколько способов модификации
алгоритма управления частотно-регулируемым электроприводом. Каждый, из
предложенных методов, предназначен для определенного этапа внедрения и
обладает своими преимуществами и недостатками.
Первый
способ:
введение
в
алгоритм
управления
блока,
сглаживающего изменение задания на скорость вращения вала привода с
учетом характеристики автономного источника электрической энергии.
Применение данного способа позволит решить проблему резкого изменения
мощности, потребляемой ПЧ при быстром изменении задания.
44
В установившемся режиме
электроприводом
из
исполнительного
механизма
нагрузочных
сети,
мощность,
зависит
и
характеристик
от
потребляемая
нагрузочной
скорости
определяют
вращения.
линейную,
характеристики
Основные
виды
квадратичную
и
кубическую зависимость потребляемой приводом мощности от частоты
вращения.
Изменение задания на одно и то же значение на низких оборотах и на
больших оборотах вызовет разное изменение потребления мощности для
систем с разной характеристикой нагрузки. Динамические изменения
потребляемой приводом мощности, помимо статической характеристики,
определяется моментом инерции привода и исполнительного механизма, а
так же настройкой регуляторов. Пиковая мощность, потребляемая приводом
при переходном процессе, с учетом запаса на перерегулирование изменение
мощности, можно оценить по следующей формуле:
)
(
,
(1.3.1)
где Mст – статический момент нагрузки;
– заданная частота вращения;
– текущая частота вращения;
J – суммарный момент инерции;
t – время;
k – коэффициент, учитывающий перерегулирование.
Если принять постоянной скорость изменения частоты вращения
привода, формула примет вид:
)
(
(1.3.2)
,
где t – время разгона (торможения).
Ряд
источников
особенности
скорости
электрической
изменения
энергии
производимой
имеют
характерные
мощности.
Данные
особенности необходимо учитывать при разработке фильтра. Например,
современные дизельные электростанции используют дизельные двигатели с
45
турбонагнетателем.
Турбонагнетатель
начинает
работать при производстве более половины номинальной мощности. Без
запуска турбонагнетателя дальнейшее увеличение мощности дизельного
двигателя невозможно. На запуск турбогенератора требуется время порядка
нескольких секунд.
Исходя
из
характеристик
дизель-генератора
можно
разделить
характеристики задатчика на три области: при малых скоростях вращения
изменение задания может быть отработано достаточно быстро; в зоне,
близкой к номинальной частоте вращения привода, задание должно меняться
плавно; в зоне запуска турбонаддува необходимо реализовать временную
задержку.
Трудности при реализации данного способа связаны с тем, что
характеристики нагрузки и источника электрической энергии обычно
представлены спектром характеристик и могут достаточно сильно меняться
под воздействием внешних факторов.
Недостатки сглаживающего блока: не стабилизирует частоту в сети при
изменении момента нагрузки; не решает проблему резкого изменения
потребляемой мощности при переходе привода в генераторный режим. Для
работы предложенного метода приходится вносить значительную временную
задержку, учитывающую наиболее тяжелые условия. При работе нескольких
источников электрической энергии на единые шины скорость набора
мощности будет практически равна суммарной скорости набора мощности
всех источников. В случае работы одного источника скорость набора
мощности будет в несколько раз меньшей. Соответственно в зависимости от
количества
работающих
в
параллель
источников
будет
зависеть
характеристика источника. В виду необходимости обеспечения безопасной
работы, в том числе и в случае работы от одного источника электрической
энергии, необходимо настраивать задатчик на наиболее неблагоприятные
условия. Решение не является оптимальным с точки зрения быстродействия.
46
Настройка
блока
сглаживающего
изменение
частоты не защищает сеть от раскачивания системы в случае резкого
изменения нагрузки, поскольку при резком возрастании момента нагрузки
снижается скорость вращения привода и пропорциональный регулятор
старается компенсировать снижение мощности – увеличивая потребляемый
ток. Регулятор скорости вращения, как правило, настраивается на близкий к
техническому оптимуму переходной процесс – время регулирования
изменения
потребляемой
приводом
мощности
составляет
порядка
нескольких миллисекунд, что несравнимо больше скорости набора мощности
для большинства источников электрической энергии. Данные процессы
приводят к сильному снижению частоты и выходу за пределы рамок
установленных ГОСТ на качество электрической энергии. При резком
снижении
момента
наблюдается
обратный
процесс,
приводящий
к
увеличению частоты сети.
Однако способ является наиболее простым - для его реализации
требуется внесение небольших изменений в программу обработки сигнала
цифрового задатчика. Современные преобразователи частоты обладают
микропроцессорной системой управления, поставляемой с уже «прошитой»
управляющей программой. Способ является единственно возможным, если
по ряду причин нет возможности внесения блока ограничения мощности в
программу преобразователя частоты.
Применение данного способа корректировки задания позволило
снизить отклонения частоты в сети с автономным источником электрической
энергии на морском буксире 745 проекта «Виктор Конецкий».
Вторым путем решения проблемы
несогласованности скорости
изменения мощности, является ограничение скорости изменения тока.
Ограничение скорости изменения тока, потребляемого преобразователем
частоты, не позволит при изменении задания или набросе нагрузки резко
изменить нагрузку на автономный источник электрической энергии. Такой
способ также решает проблему заброса частоты при переходе привода в
47
генераторный режим. На рисунке
1.3.2
приведена
измененная
структура векторного алгоритма управления асинхронного привода.
Модифицированный векторный алгоритм управления содержит блок,
ограничивающий скорость изменения тока на входе ПЧ регулятора. Данный
блок отслеживает изменение активной и реактивной составляющей тока и
пропорционально ограничивает изменение каждой из составляющей.
Рисунок 1.3.2 – Блок схема векторного алгоритма управления асинхронным
приводом с блоком ограничения скорости изменения тока
Недостатки:
1.
ограничение скорости изменения тока можно задать только после
испытаний источника электрической энергии и отстраивать ограничения
придется по наиболее тяжелым режимам работы;
2.
внесение изменений в программу преобразователя частоты после
получения характеристик источника электрической энергии не всегда
возможно, а также не позволяет написать универсальную программу для
преобразователя
частоты
независимую
от
параметров
источника
электрической энергии.
Данный способ, является более трудоемким и требует внесения
изменений в программу преобразователя частоты, что не всегда желательно и
возможно.
Третий способ – ограничение скорости набора мощности по частоте
питающей сети. Выходное значение с регуляторов тока подается на
ограничитель мощности, следящий за частотой питающей сети, в случае
снижения частоты до значений, близких к регламентируемым ГОСТом
значениям (47,5 Гц) [13, 14], включается ограничение изменения задания на
48
уровень тока. Такое ограничение
позволяет
избежать
провала
частоты, при этом на регуляторы автономного источника электрической
энергии приходит максимальное допустимое рассогласование. Максимальное
рассогласование задания и текущей частоты сети приводит к большему
воздействию на первичный двигатель автономной электростанции, что
снижает время отработки возмущения. На рисунке 1.3.3 приведена
измененная структура векторного алгоритма управления асинхронного
привода с блоком ограничения скорости изменения тока по частоте сети. При
частоте сети от 47,5 до 52,5 Гц блок не ограничивает скорость изменения
тока. При выходе за пределы указанных значений блок не позволяет
изменяться значению потребляемого тока до нормализации частоты сети.
Рисунок 1.3.3 – Блок схема векторного алгоритма управления асинхронным
приводом с блоком слежения за частотой сети
Данный способ является самым трудоемким и требует значительных
изменений, вносимых в код программы преобразователя частоты. В
некоторых
случаях
может
потребоваться
установка
дополнительных
датчиков. Однако данный способ обладает наибольшей универсальностью и
является наиболее быстрым из предложенных способов.
49
1.4 Выводы к главе 1
В
данной
главе
приведены
особенности
автономных
систем
электроснабжения и рассмотрены особенности различных источников
электрической энергии. Автономные источники можно разделить на
источники с регулируемой производимой мощностью и с условно
нерегулируемой
производимой
источников
условно
с
мощностью.
нерегулируемой
В
случае
применения
производимой
мощностью
необходимо установка дополнительного источника, производящего энергию
в случае, когда мощность автономного источника меньше потребляемой в
системе электроснабжения мощности. Чаще всего одним из таких
источников служит блок аккумуляторных батарей. Недостатком данного
способа является высокая стоимость аккумуляторных батарей.
На
практике
регулируемой
наибольшее
производимой
распространение
мощностью.
Если
нашли
для
системы
с
возобновляемых
источников электрической энергии регулировать производимую мощность
экономически не целесообразно, то в системах с регулируемым источником
требуется время для того, чтобы генератор смог изменить производимую
мощность. Продолжительность данных процессов зависит от характеристики
источника и, как правило, составляет время от нескольких секунд до
нескольких десятков секунд.
Скорость изменения мощности частотно-регулируемым приводом
отличается от скорости изменения мощности производимой источником в
автономной системе. Рассмотренные системы управления, а именно –
векторная, векторная с пространственно-векторной модуляцией, векторная с
прямым
управлением
моментом,
способны
изменять
потребляемую
приводом мощность на номинальное значение за время, порядка нескольких
десятков микросекунд. Разница в потреблении и производстве мощности
приводит к отклонению частоты и напряжения в питающей сети от значений
регламентируемых ГОСТ на качество электрической энергии.
50
В главе были рассмотрены
методы
снижения
влияния
быстроизменяющейся нагрузки на систему автономного электроснабжения.
В случае применения источников с условно неуправляемой мощностью
возможно использование аккумуляторных батарей уже установленных в
системе. Однако в наиболее распространенном случае использования
автономных
источников
с
регулируемой
производимой
мощностью
экономически не целесообразно устанавливать аккумуляторные батареи. Для
согласования
мощности
потребителей
и
источника
в
наиболее
распространенном классе автономных систем было предложено несколько
способов модификации алгоритма управления частотно-регулируемым
приводом. Оценка эффективности предложенных методов приведена в
последующих главах.
51
ГЛАВА 2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
МЕЖДУ СЕТЬЮ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
И ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ПРИВОДОМ
2.1 Структура преобразователя частоты с неуправляемым
выпрямителем
Частотно-регулируемый
привод
переменного
тока
является
источником высших гармоник. Ввиду ограниченной мощности источника
вопрос энергетической эффективности и электромагнитной совместимости
между приводом и сетью с автономным источником является актуальным.
Близкая мощность источника и потребителей электрической энергии
обуславливает высокое влияние искажения кривой формы тока на форму
напряжения. В настоящее время в системах частотно-регулируемого
электропривода применяют двухзвенный преобразователь частоты [33].
Вопрос электромагнитной совместимости неуправляемого выпрямителя
достаточно широко изучен [34,35, 40, 42], однако требовалось оценить
влияние неуправляемого выпрямителя на форму напряжения в сети. Степень
влияния 6-ти пульсного выпрямителя зависит от характеристики сети. Была
построена модель сети автономного электроснабжения с выпрямителем
сопоставимой мощности. Описание модели автономной, используемое в
данной работе приведено в главе 3.1. На рисунке 2.1.1 приведен результат
разложения в ряд Фурье кривой напряжения. Из диаграмм следует, что при
наличии неуправляемого выпрямителя в сети с автономным источником
электрической энергии, без принятия дополнительных мер, форма кривой
напряжения сильно искажена и не соответствует требованиям ГОСТ на
качество электрической энергии [14].
52
Рисунок 2.1.1 – Разложение в ряд Фурье формы кривой напряжения,
полученной при моделировании работы преобразователя частоты с
неуправляемым выпрямителем в сети автономного электроснабжения
Из приведенных данных можно сделать вывод о том, что при
отсутствии фильтров применение электропривода с преобразователем
частоты, построенным по схеме: неуправляемый диодный выпрямитель –
автономный инвертор
– невозможно, из-за высокого
коэффициента
искажения формы кривой тока. Форму кривой тока, потребляемой
неуправляемым выпрямителем, можно улучшить установкой дросселей на
входе неуправляемого выпрямителя, однако требуемые габариты и стоимость
дросселей делают данное решение экономически не целесообразным.
2.2 Структура преобразователя частоты с 12-ти пульсным
выпрямителем
Одним из наиболее распространенных способов решения проблемы
электромагнитной
совместимости
преобразователя
частоты
пульсности [50].
Чаще
является
применение
выпрямительных
всего
применяется
схем
12-ти
в
составе
повышенной
пульсная
схема.
Выпрямительная часть схемы состоит из двух 6-ти пульсных выпрямителей,
соединенных с питающей сетью посредством трансформатора с двумя
комплектами
вторичных
обмоток.
Первая
из
вторичных
обмоток
подключается по схеме звезда, вторая по схеме треугольник. За счет разных
схем подключения образуется сдвиг на 30 электрических градусов.
53
Коэффициент
трансформации
вторичных обмоток подбирается
таким образом, чтобы напряжение на выходе выпрямителей было равным.
Трансформатор на входе выпрямителя за счет большой индуктивности и
повышения пульсности схемы снижает искажения формы кривой тока,
поэтому установка дросселей, сглаживающих форму тока, не требуется. Ток,
потребляемый 12-ти пульсной, схемой не содержит 5 и 7 гармоники. [27]
Выходы выпрямителей соединяют в параллель, такое соединение
позволяет повысить максимально возможный ток [26], или последовательно,
что приводит к двухкратному увеличению напряжения на выходе
выпрямительной схемы. Одна из возможных схем 12-ти пульсной схемы
приведена на рисунке 2.2.1.
Рисунок 2.2.1 – Схема 12-ти пульсного выпрямителя с параллельным
соединением выпрямителей
В зависимости от необходимости регулирования напряжения на выходе
в 12-ти пульсной схеме применяют как управляемые тиристорные
выпрямители,
так
и
неуправляемые
диодные
выпрямители
[16].
54
Регулированием угла отпирания
тиристоров можно регулировать
уровень напряжения, однако при угле отпирания отличным от 0 происходит
дополнительное ухудшение формы потребляемого тока. При использовании
выпрямителя
в составе двухзвенного
преобразователя
частоты
есть
возможность регулирования уровня напряжения, подаваемого на двигатель,
за счет ШИМ, поэтому возможность регулирования уровня напряжения
путем изменения угла отпирания силовых ключей практически
применяется
[22,
23].
В
случае,
когда
отсутствует
не
необходимость
осуществлять рекуперацию энергии в питающую сеть, целесообразно
применять неуправляемые выпрямители. Использование управляемого
выпрямителя снижает КПД системы и повышает уровень искажений формы
кривой тока, потребляемой 12-ти пульсным выпрямителем.
Схема с 12-ти пульсным тиристорным выпрямителем позволяет
осуществлять рекуперацию энергии из привода в питающую сеть в режиме
рекуперативного торможения. Однако при рекуперации форма тока будет
сильно искажена. При необходимости работы с рекуперацией энергии
применяют активный выпрямитель или устанавливают блоки рекуперации.
К недостаткам привода переменного
тока
с 12-ти пульсным
выпрямителем можно отнести: существенное увеличение стоимости в
сравнении с неуправляемым выпрямителем; большие габариты и масса;
низкий коэффициент мощности при нагрузке, отличной от номинальной;
невозможность рекуперации энергии в сеть; уровень искажения кривой тока
достигает 20% [20], что в случае близкой мощности источника и потребителя
приводит к увеличению уровня искажений формы кривой напряжения до
значений,
неудовлетворяющих
электрической энергии.
требованиям
ГОСТ
на
качество
55
2.3 Применение активных и пассивных фильтров
Альтернативой
12-ти
пульсной
схеме
выпрямления
в
составе
преобразователя частоты является установка пассивных и активных
фильтров на распределительных шинах.
Трехфазные
гармонические
фильтры
являются
шунтирующими
элементами, используемыми для уменьшения искажения напряжения [8]. Для
достижения приемлемого уровня искажений, как правило, включают
несколько пассивных фильтров параллельно.
Принцип действия пассивных фильтров основан на явлении резонанса
напряжений. Величину индуктивности и емкости элементов подбирают
таким образом, что бы на частотах, соответствующих одной из канонических
гармоник, их суммарное сопротивление стремилось к нулю [3]. Основной
характеристикой пассивных фильтров является добротность, выражающая
отношение активного сопротивления фильтра к полному сопротивлению
фильра. [19]
В промышленности нашли применение две структуры трехфазных
фильтров. Первый тип фильтров настраивается на одну частоту пропускания.
Второй тип фильтров настраивается на две близкие частоты. [21, 24]
Частотная характеристика первого типа фильтров приведена на
рисунке 2.3.1. Как видно из графика – сопротивление фильтра на частоте5-ой
гармоники минимальное.
56
Рисунок 2.3.1 – Частотная характеристика фильтра 5-ой гармоники
Схема одночастотной фильтро-компенсирующей установки приведена
на рисунке 2.3.2, а).
а)
б)
Рисунок 2.3.2 – Схемы фильтро-компенсирующих устройств:
а) настраиваемые на одну частоту пропускания, б) на две частоты
пропускания
Частотная
характеристика
фильтро-компенсирующего
устройства,
настраиваемого на две резонансные частоты, при двух частотах имеет
минимальное сопротивление (рисунок 2.3.3). Схема для данного вида
фильтров приведена на рисунке 2.3.2, б).
57
Рисунок 2.3.3 – Частотная характеристика двухчастотной фильтрокомпенсирующей установки
В пассивных фильтро-компенсирующих установках как правило
устанавливаю конденсаторы большой емкости, что обуславливает большие
размеры
установки.
[39]
Пассивные
фильтры
устанавливаются
на
стационарных объектах, где массо-габаритные характеристики не так
важны. [29]
Альтернативой пассивным фильтрам является активный фильтр.
Активный фильтр гармоник - устройство, использующее, по меньшей мере,
один
статический
преобразователь
для
компенсации
гармонических
составляющих тока и напряжения сети. Этот обобщающий термин по
существу охватывает большое количество систем, отличающихся:

по числу используемых преобразователей и их режиму работы;

по их типу (источник тока или напряжения);

по
общему
режиму
контроля
(компенсация
тока
или
напряжения);

по возможности соединения с пассивными элементами (или же с
пассивными фильтрами).
Принцип работы активного фильтра показан на рисунке2.3.4.
58
Рисунок 2.3.4 – Схема поясняющая принцип работы активного фильтра
При условии, что фильтр способен генерировать в любой момент
времени ток, в котором гармоники имеют такую же амплитуду как и у тока
нагрузки, но противоположную фазу, то в соответствии с законом Кирхгофа,
в точке А обеспечивается синусоидальность формы кривой тока источника.
Комбинация «нелинейная нагрузка + активный фильтр гармоник» образует
нагрузку, в которой ток и напряжения связаны посредством коэффициента k,
значение которого зависит от параметров нелинейной нагрузки и активного
фильтра. [51]
Таким образом, активный фильтр гармоник шунтирующего типа
образует источник тока, при этом значение генерируемого тока не зависит от
сопротивления
электрической
сети.
Фильтр
обладает
следующими
параметрами:
 ширина частотного спектра, в котором гарантируется подавление
большинства
гармонических
составляющих
тока
нагрузки,
в
статистических режимах работы. Обычно достаточным является
диапазон частот от 2 до 23 гармоники;
59
 время
реагирования,
достаточное
для
эффективной
компенсации гармоник как в установившемся, так и в переходном
режиме (несколько долей мс);
 максимальная мощность высших гармоник, которые активный фильтр
способен скорректировать.
Правильный подбор этих трех параметров обеспечивает эффективность
компенсации
высших
гармоник
активным
фильтром,
ввиду
его
самоадаптации и отсутствии риска взаимодействия с сопротивлением
электрической сети. Также необходимо отметить, что присоединение
активного фильтра шунтирующего типа не влияет на фазовые сдвиги между
основными гармониками тока и напряжения и не изменяет значение
коэффициента мощности сети.
Компенсация реактивной мощности сети не является основной
функцией
активного
фильтра,
но
при
компенсации
гармонических
составляющих генерируемый реактивный ток должен соответствовать
величине компенсируемой реактивной мощности.
К недостаткам активного фильтра относятся: дополнительные потери
энергии [7], связанные с преобразованием мощности искажений в тепловую
энергию, высокая стоимость активных фильтров, большие массогабаритные
показатели пассивных фильтров.
2.4 Применение частотно-регулируемого привода с активным
выпрямителем
Одним
из
электромагнитной
наиболее
перспективных
совместимости
между
способов
обеспечения
автономным
источником
электрической энергии и частотно-регулируемым приводом, а также
повышения энергетической эффективности привода, является изменение
структуры ПЧ и замена в его составе неуправляемого выпрямителя на
активный выпрямитель.
60
Активный выпрямитель –
это обратимый преобразователь
электрической энергии, выполненный на полностью управляемых силовых
коммутаторах, преобразующий переменное трехфазное напряжение в
постоянное.
Особенностью
активного
выпрямителя
в
сравнении
с
выпрямителем, выполненным на не полностью управляемых силовых
коммутаторах, является возможность осуществлять рекуперацию энергии в
сеть, с близким к единице коэффициентом мощности, во всех режимах
работы. [47]
Активный выпрямитель обладает следующими преимуществами:

потребление энергии с коэффициентом мощности близким
к единице;

возможность рекуперации энергии в сеть в размере 100%
потребляемой энергии с формой тока, близкой к синусоиде;

возможность
регулирования
напряжения
на
выходе
активного выпрямителя;

для работы активного выпрямителя требуется конденсатор
меньшей емкости в звене постоянного тока.
Из недостатков активного выпрямителя можно отметить: Потери в
управляемых
ключах
выше,
чем
потери
в
неуправляемых
полупроводниковых ключах. [48]
Функциональная схема активного выпрямителя представлена на
рисунке 2.4.1.
Рисунок 2.4.1 – Функциональная схема системы с активным выпрямителем
61
Возможно применение двух
топологий
активных
выпрямителей. [49] В публикациях на русском языке их принято называть
активными выпрямителями напряжения и тока, что не совсем верно. В
публикациях на английском языке топологии получили название «buck» и
«boost» выпрямители, что можно перевести как «повышающий» и
«понижающий»
выпрямитель.
Активный
выпрямитель
напряжения
соответствует понятию «boost», а активный выпрямитель тока соответствует
понятию «buck». [55, 56] В рамках данной работы было принято решение
придерживаться принятой в публикациях на русском языке терминологии.
На настоящий момент распространение получили только активные
выпрямители напряжения. [60] Причиной этому стало то, что активный
выпрямитель тока не позволяет производить рекуперацию энергии без
применения дополнительных рекуперирующих модулей. [66] Структура
активного выпрямителя напряжения и активного выпрямителя тока
представлены на рисунке 2.4.2.
а)
б)
Рисунок 2.4.2 – Различные структуры активного выпрямителя а) активный
выпрямитель напряжения (boost) б) активный выпрямитель тока (buck)
В рамках данной диссертации будет рассмотрен только активный
выпрямитель напряжения, поскольку активный выпрямитель тока не нашел
широкого
применения
в
составе
преобразователя
частоты
из-за
невозможности осуществления режима рекуперации. [67]
Существует несколько вариантов построение преобразователя частоты,
содержащего
в
своем
составе
активный
выпрямитель
напряжения.
62
Наибольшее
распространение
получила схема, представленная
на рисунке 2.4.3. [64]
Рисунок 2.4.3 – Структура преобразователя частоты с индивидуальным
активным выпрямителем
В ряде случаев оказывается более рациональным применение
активного выпрямителя для группы автономных инверторов, как показано на
рисунке 2.4.4. [70]
Рисунок 2.4.4 – Группа преобразователей частоты с единым активным
выпрямителем
Силовая часть схемы активного выпрямителя напряжения состоит из
полупроводникового коммутатора. На входе устанавливаются реакторы,
служащие для снижения искажений формы кривой тока и повышения
напряжения на выходе активного выпрямителя. В звене постоянного тока
устанавливается сглаживающий фильтр для снижения колебаний напряжения
63
в
звене
постоянного
тока.
Упрощенная
схема
активного
выпрямителя представлена на рисунке2.4.5. [78]
Рисунок 2.4.5 – Силовая часть схемы активного выпрямителя
напряжения [79]
Для описания режимов работы активного выпрямителя достаточно
описать работу одной фазы активного выпрямителя. На рисунке 2.4.6
приведена схема замещения одной фазы активного выпрямителя. [83]
Рисунок 2.4.6 – Эквивалентная схема для одной из фаз активного
выпрямителя
где ul – фазное напряжение сети;
ue – напряжение, эквивалентное напряжению в звене постоянного тока;
iL – ток потребляемый из сети;
R – сопротивление реакторов на входе активного выпрямителя;
L – индуктивность реакторов на входе активного выпрямителя.
ue обозначает напряжение в звене постоянного тока, приведенное через
силовой коммутатор. При работе активного выпрямителя напряжения
система управления с помощью инвертора формирует ток Il требуемой
формы. Формируя ток Il синусоидальной формы синфазно фазному
64
напряжению
можно
получить
близкий к единице коэффициент
мощности. [73]
Возможно два режима работы активного выпрямителя:
1) в режиме выпрямителя;
2) в режиме рекуперации энергии.
Диаграммы токов и напряжений при работе в прямом и обратном
направлении представлены на рисунках 2.4.7 – 2.4.9. [69]
Рисунок 2.4.7 – Фазовая диаграмма активного выпрямителя при работе в
режиме выпрямления
Рисунок 2.4.8 – Фазовая диаграмма активного выпрямителя при работе в
режиме выпрямления при формировании тока синфазно напряжению
Рисунок 2.4.9 – Фазовые диаграммы для активного выпрямителя при работе в
режиме рекуперации
65
Потери
мощности
в
активном
выпрямителе
определяются потерями в реакторах, коммутационными потерями, потерями
на сопротивлениях силовых ключей, а также другими тепловыми потерями
[30]. Балансы мощности для активного выпрямителя, работающего в режиме
генерации и рекуперации, представлены на рисунке 2.4.10.
Рисунок 2.4.10 – Баланс мощности активного выпрямителя [82]
Формирования потребляемого тока происходит благодаря управлению
переключением силовыми ключами коммутатора. На управляющие входы
силовой схемы подается сигнал, модулирующий ток заданной формы. [10]
В простейшем случае, силовая часть активного выпрямителя содержит
шесть коммутирующих элементов. Силовой коммутатор, содержащий в
своем составе шесть ключей, может находиться в одном из 8 состояниях.
Восемь состояний силовой схемы коммутатора приведены на рисунке 2.4.11.
66
Рисунок 2.4.11 – Возможные состояния силовой части активного
выпрямителя [75]
Каждое, из представленных на рисунке 2.4.11, состояний соответствует
одному
из
положений
(рисунок 2.4.12).
вектора
напряжения
активного
выпрямителя
67
Рисунок 2.4.12 – Представление вектора напряжения на входе активного
выпрямителя [74]
а)
б)
Рисунок 2.4.13 – а) эквивалентная схема активного выпрямителя б) графики
напряжений [80]
Напряжение сети, подаваемое на вход активного выпрямителя
напряжения, можно описать уравнениями приведенными ниже [80].
,
(
(2.4.1)
,
(2.4.2)
),
(2.4.3)
68
Форма
кривых
токов,
получаемых на входе активного
выпрямителя, описаны в уравнениях [80]:
,
(2.4.5)
,
(2.4.6)
,
(2.4.7)
где uAN, uBN, uCN – мгновенное значение фазного напряжения сети;
iAN, iBN, iCN – мгновенное значение тока, потребляемого из сети;
Em – ЭДС сети;
Im – амплитудное значение тока, потребляемого из сети;
ω – частота сети в радианах в секунду;
t – время.
При переходе от неподвижной системы координат к вращающейся с
частотой сети (ω) и ориентации оси d по вектору напряжения, уравнение
напряжения примет вид, представленный приведенными ниже формулами:
*
где
+
√
,
(2.4.8)
√
,
(2.4.9)
[√
]
[√
],
(2.4.10)
– проекция вектора напряжения сети на ось α;
– проекция вектора напряжения сети на ось β;
– проекция вектора напряжения сети на ось d, в системе координат
вращающейся с частотой сети;
– проекция вектора напряжения сети на ось q, в системе координат,
вращающейся с частотой сети;
Em – ЭДС сети;
ω – частота сети;
t – время.
69
При этом можно написать,
что на входе инвертора линейное
напряжение формируется по формуле, представленной ниже [77].
где
,
(2.4.11)
,
(2.4.12)
,
(2.4.13)
– функция описывающая состояние коммутатора и
принимающая значение 0 и 1;
– линейное напряжение сети;
– напряжение в звене постоянного тока.
Фазное напряжение можно описать формулами, представленными
ниже.
,
(2.4.14)
,
(2.4.15)
,
(2.4.16)
где
,
(2.4.17)
,
(2.4.18)
,
(2.4.19)
Исходя из возможных значений Sa, Sb, Sc, получаем, что Uan может
принимать значения: 0·UDC, ±1/3 UDC, ±2/3 UDC.
Исходя из баланса напряжений, можно написать [59]:
,
(2.4.20)
,
[
]
где
[ ]
[ ]
(2.4.21)
[
],
– фазное напряжение сети;
– падение напряжения на входных дросселях;
– ток, потребляемый активным выпрямителем;
(2.4.22)
70
–
коммутируемое
напряжение в звене постоянного
тока;
– активное сопротивление входных дросселей;
– индуктивность входных дросселей.
Также, исходя из суммы токов, можно написать уравнение для токов
[57].
,
где
(2.4.23)
– напряжение на конденсаторе;
– коммутационная функция;
С – ѐмкость конденсатора в звене постоянного тока;
– ток в звене постоянного тока.
На
основании
вышеприведенных
уравнений
можно
составить
линеаризованную блок схему активного выпрямителя (рисунок 2.4.14).
Рисунок 2.4.14 – Блок-схема активного выпрямителя напряжения [18]
На сегодняшний день существуют две основные системы управления
активным выпрямителем: система векторного управления с линейными
71
регуляторами
и
система
векторного
управления
с
гистерезисными регуляторами.
Векторные системы управления оперируют проекциями векторов на
ортогональные оси. За счет перехода от мгновенных значений к векторным
величинам и их проекциям удается упростить систему управления активным
выпрямителем. Переход от мгновенных значений осуществляется за счет
применения тригонометрических преобразователей, переводящих текущие
значения напряжения в проекции на ортогональные оси. [54]
Один из возможных способов реализации векторной системы
управления АВН представлен на рисунке 2.4.15.
A
ДТa
ia
ПКТ
ib ic
cos k
ua
ub
Блок ориентации
sin  k
C
ДТc
ДФН
uc
k U m
БР
ix iy
Блок регуляторов
*
uпx
*
uпy
cos *
ДТb
B
uп a
ПКН
uп b
ПК
БШИМ
uп c
*
ud
ud
ud
Cd
ДBН
Zн
Рисунок 2.4.15 – Функциональная схема векторной системы управления
активным выпрямителем [18]
+
72
Векторная
система
управления
с
линейными
регуляторами состоит из двух контуров и строится по подчиненному
принципу управления. Внешний контур регулирует напряжение в звене
постоянного тока. Внутренние контуры регулируют амплитуду и фазу
потребляемого тока. Контуры регулирования используют проекциями
векторов на ортогональные оси, вращающиеся с частотой сети.
Блок ориентации (на схеме БО) вычисляет амплитуду вектора сетевых
напряжений U, значение ориентирующих координатных функций cos  k и
sin  k , скорость вращения  k и угловое положение  k системы координат,
исходя из данных, полученных с блока датчиков фазных напряжений (на
схеме ДФН).
Полученные с датчиков тока (на схеме ДТa, ДТb, ДТc) сетевые токи
поступают в блок преобразования координат токов (на схеме ПКТ). Блок
преобразования координат вычисляет проекции сетевых токов на оси
вращающейся системы координат.
Внешний контур регулирования реализует закон пропорциональноинтегрального
регулирования.
Текущее
значение
выпрямленного
напряжения u d поступает с датчика напряжения в звене постоянного тока (на
схеме ДВН), задание уровня напряжения обозначено как u d .
Внутренний
контур
регулирования
представлен
двумя
взаимозависимыми контурами. В качестве регуляторов в данных контурах
также используются пропорционально-интегральные регуляторы. Контур
регулирования напряжения формирует задание на потребляемый активным
выпрямителем ток ix* , данный ток является заданием для первого из
подчиненных контуров. Рассчитанная проекция вектора сетевого тока
активного выпрямителя на ось x является сигналом обратной связи для
данного контура. Задание для второго контура регулирования формируется,
исходя из требуемого значения сетевого коэффициента мощности и как
правило равно нулю. Сигналом обратной связи для данного контура
73
регулирования
является
рассчитанная проекция сетевого
тока на ось y. Регуляторы токов формируют на выходе желаемое значение
вектора входного напряжения коммутатора. Проекции данного вектора
поступают на вход преобразователя координат напряжений (на схеме ПКН).
Блок преобразования координат напряжений реализует преобразование
проекций вектора напряжений из ортогональной, вращающейся с частотой
сети системы координат, в трехфазную неподвижную систему координат.
Значения требуемого фазного напряжения поступают на вход блока
широтно-импульсной модуляции (на схеме БШИМ). Блок широтноимпульсной модуляции формирует сигналы управления ключами инвертора.
Приведенный
выше
векторный
алгоритм
управления
обладает
наилучшими энергетическими показателями, однако в ряде случаев
необходимо максимальное быстродействие активного выпрямителя. В таких
случаях применяют релейно-векторное управление. [18]
Данный
алгоритм
управления
содержит
только
один
пропорциональный регулятор, поэтому проще в настройке. Как показано на
рисунке 2.4.16 в качестве регуляторов тока применяются гистерезисные
дискретные регуляторы. [75]
74
Рисунок 2.4.16 – Структурная схема АВН с релейно-векторным алгоритмом
управления
Применение гистерезисных регуляторов является как преимуществом,
так и недостатком данного алгоритма управления. Применение дискретных
регуляторов позволяет добиться максимального быстродействия [28], но
делает непостоянной частоту переключения силовых ключей, что несколько
снижает энергетические характеристики активного выпрямителя.
Работу регуляторов тока можно описать с помощью формул
приведенных ниже:
,
(2.4.24)
,
(2.4.25)
√
,
,
где
– проекция ошибки по току на ось α;
(2.4.26)
(2.4.27)
75
току на ось β;
– проекция ошибки по
– амплитуда, на которую должен быть изменен потребляемый ток;
– угол вектора тока, на который должен быть изменен
потребляемый ток;
– проекции на оси α и β задания на потребляемый активным
выпрямителем ток, формируется регулятором напряжения;
– проекция на оси α и β тока, потребляемого активным
выпрямителем.
На рисунке 2.4.17 приведено пояснение работы регуляторов.
Рисунок 2.4.17 – Регулирование тока: а) ошибка регулирования тока;
б) выбор комбинации включения ключей силового коммутатора [79]
На рисунке 2.4.17 показана область допустимого отклонения тока (ДО).
Гистерезис регулятора позволяет не производить переключение ключей
силового коммутатора в случае, если задание и текущее значение
потребляемых токов отличается менее, чем на задаваемое в настройках
регулятора значение.
Регулятор напряжения на выходе активного выпрямителя реализует
пропорционально-интегральный
закон
регулирования.
Передаточная
функция активного выпрямителя с релейно-векторным законом управления,
приведена ниже [18]:
76
⁄
где
(2.4.28)
,
– время квантования контура регулирования тока
– пропорциональный коэффициент усиления
Передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора
при настройке на технический оптимум:
,
(2.4.29)
В результате линеаризации модель активного выпрямителя с релейновекторным
алгоритмом
управления
примет
вид,
приведенный
на
рисунке 2.4.18. [18]
Рисунок 2.4.18 – Линеаризованная модель активного выпрямителя с релейновекторным алгоритмом управления [18]
Как видно из рисунка 2.4.18 настройка данного алгоритма управления
проще, чем настройка векторного алгоритма управления, содержащего три
пропорционально-интегральных регулятора.
Работа
активного
выпрямителя
с
релейно-векторным
законом
управления показана на рисунке 2.4.19. Из диаграммы токов видно, что
релейно-векторный закон управления обеспечивает близкий к единице
77
коэффициент
мощности
в
выпрямительном режиме работы,
а также при рекуперации энергии в питающую сеть.
Рисунок 2.4.19 – Графики тока и напряжения активного выпрямителя при
переходе из выпрямительного режима в режим рекуперации энергии
Главным
недостатком
релейно-векторного
закона
управления
активным выпрямителем, в сравнении с векторным алгоритмом управления,
являются более низкие энергетические показатели работы [52]. В настоящее
время ведутся работы над построением системы управления активным
выпрямителем с релейными регуляторами и стабилизированной частотой
переключения ключей силового коммутатора. Результаты моделирования
работы активного выпрямителя с релейно-векторными алгоритмами со
стабилизированной
частотой
переключения
близки
к
результатам
моделирования работы активного выпрямителя с векторным алгоритмом
управления.
Основным недостатком использования активного выпрямителя в
сравнении с неуправляемым выпрямителем являются: большая стоимость,
большие потери на силовых ключах (и как следствие более дорогая система
охлаждения), большие массогабаритные размеры входных дросселей и
сложная
система
управления.
Однако
суммарное
снижение
КПД
78
выпрямительной части схемы не
столь значительно. Режим работы
силового коммутатора активного выпрямителя схож с режимом работы
силового коммутатора в автономном инверторе напряжения. Потери в
силовых ключах автономного инвертора и активного выпрямителя, при
преобразовании одного количества энергии, примерно равны и могут быть
приняты равными. КПД силовой части автономного инвертора напряжения
составляет не менее 95%. На потери активной мощности в индуктивности на
входе активного выпрямителя влияет величина их сопротивления и
амплитуда
тока,
проектировании
потребляемого
активного
активным
выпрямителя
выпрямителем.
сечение
провода
При
катушек
индуктивности, как правило, выбирается таким образом, что бы потери не
оказывали влияния на работу активного выпрямителя. Для оценки потери
мощности можно принять активное сопротивление входной индуктивности
равной сопротивлению вторичной обмотки трансформатора. С учетом того,
что КПД трансформатора более 99%, потери в индуктивности активного
выпрямителя будут пренебрежительно малы. Суммарный КПД активного
выпрямителя можно оценить как 95%, что подтверждается данными
полученными от производителя. [76]
2.5 Выводы к главе 2
Большая часть систем автономного электроснабжения не позволяет
производить рекуперацию энергии в питающую сеть. Использование
источников электрической энергии с медленно меняющимся объемом
производимой мощности и отсутствие в системе возможности запасать
энергию приводит к тому, что энергию, накопленную в приводе, приходится
сбрасывать на тормозных резисторах. При переходе основного потребителя
из режима потребления в режим производства электрической энергии
приводит к избытку электрической энергии в системе, которая в данной
ситуации будет приводить к переходу генераторов в двигательный режим.
79
Все
системы
управления
генераторами имеют защиту от
обратной мощности, не допускающей переход генератора в двигательный
режим. Причиной для данного ограничения является защита
первичного
двигателя источника электрической энергии.
Однако
в
системах,
где
регулирование
мощности
источника
электрической энергии не представляется возможным и для балансировки
нагрузки уже установлены балансирующие аккумуляторы, есть возможность
запасать энергию. И для данного класса автономных систем режим
рекуперирования
позволяет
существенно
повысить
энергетическую
эффективность привода переменного тока.
Среди
предложенных
методов
обеспечения
электромагнитной
совместимости между приводом переменного тока и питающей сетью только
управляемая 12-ти пульсная схема выпрямления и активный выпрямитель
позволяют возвращать энергию в сеть. Недостатком 12-ти пульсной схемы
является то, что при рекуперировании энергии в сеть форма тока будет
сильно искажена. Активный выпрямитель лишен данного недостатка и
форма тока рекуперируемого в сеть будет близка к форме тока,
потребляемого активным выпрямителем в режиме выпрямления.
Основными
критериями
для
выбора
выпрямительной
части
преобразователя частоты являются:
1.
возможность применения в сетях с точки зрения уровня
вносимого искажения;
2.
КПД системы при использовании данного вида выпрямителей;
3.
массогабаритные характеристики выпрямительной части.
Как
уже
упоминалось
ранее,
использование
неуправляемого
выпрямителя большой мощности в сетях с автономным источником энергии
не представляется возможным ввиду сильного искажения формы кривой
напряжения. Необходимо применять дополнительные меры для обеспечения
электромагнитной совместимости неуправляемого выпрямителя и сети с
автономным источником электрической энергии.
80
Таблица 2.1 – Параметры различных схем выпрямления
Коэффициент
Тип
Коэффициент искажения
выпрямительной
КПД
мощности
формы
схемы
кривой тока
6-ти пульсный с
активным
фильтром
0,93
≈1
4-5%
12-ти пульсная
схема
0,95
0,97<
10-20%
Активный
выпрямитель
0,95
≈1
4-5%
Для
обеспечения
электромагнитной
совместимости
между
неуправляемым выпрямителем и питающей сетью можно применять
активные и пассивные фильтры, снижающие искажение формы кривой тока,
потребляемой неуправляемым выпрямителем.
Данный подход обладает несколькими недостатками, что позволяет
говорить о неоптимальности данного решения. Применение пассивных
фильтров значительно снижает КПД системы, поскольку данный вид
устройств преобразует мощность искажений в тепловую энергию. Еще одним
существенным недостатком пассивных фильтров являются их большие
размеры
и
масса.
В
случае
использования
системы
автономного
электроснабжения чаще всего оказывается экономически не обосновано
применение тяжелых и громоздких пассивных фильтров. Активные фильтры
имеют меньшие габариты, меньшую массу и больше подходят для
применения в сети с автономным источником электрической энергии. Среди
недостатков использования активного фильтра можно отметить: высокую
стоимость, необходимость установки конденсатора большой емкости, а так
81
же снижение КПД системы из-за
вторичного
преобразования
электрической энергии. Установка активного фильтра так же приводит к
увеличению массы и габаритов системы, хотя и в меньшей степени, чем
пассивных фильтров.
Применение 12-ти пульсной схемы выпрямления в условиях питания от
автономного источника электрической энергии не является рациональным,
ввиду высоких искажений формы кривой тока (10-20%). Для автономных
источников уровень гармоник тока в 20% приводит к снижению показателей
качества электрической энергии и выходу значений искажения формы
кривой напряжения за пределы, регламентируемые ГОСТ на качество
электрической энергии. Применение активного фильтра приводит к
снижению КПД преобразователя, увеличению стоимости и габаритов
преобразователя частоты.
Среди
приведенных
методов
обеспечения
электромагнитной
совместимости и повышения энергетической эффективности электропривода
переменного тока при питании от автономного источника введение
активного выпрямителя в структуру преобразователя частоты является
наиболее
эффективным,
электромагнитную
показатели
поскольку
совместимость
системы.
В
случае
и
обеспечивает
наименьшие
возможности
наилучшую
массогабаритные
обеспечения
режима
рекуперации в системе использование активного выпрямителя позволяет
осуществлять двухсторонний обмен энергии с коэффициентом близким к
единице во всех режимах работы.
82
ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Ввиду невозможности проведения исследований работы большого
числа автономных сетей, с различными топологиями электропривода
переменного тока, в программном комплексе Matlab Simulink были
построены модели, позволяющие рассчитать данные процессы. Для изучения
работы привода были построены модели:
1. модель
системы
электроснабжения
с
автономным
источником
электрической энергии;
2. модель частотно-регулируемого привода, выполненного по схеме
неуправляемый
выпрямитель-автономный
инвертор
с
векторной
системой управления;
3. модель частотно-регулируемого привода с алгоритмом прямого
управления моментом (DTC) и активным выпрямителем;
4. модель частотно-регулируемого привода с spacevector алгоритмом
управления и активным выпрямителем;
5. модель частотно-регулируемого привода с 12-ти пульсной схемой
выпрямления;
6. модель
системы
автономного
электроснабжения
с
системой
регулирования потребляемой мощности.
3.1 Модель системы электроснабжения с автономным источником
электрической энергии.
Целью моделирования была проверка степени влияния быстрого
изменения потребляемой мощности на частоту сети с автономным
источником электрической энергии.
В качестве источника электрической энергии для системы автономного
электроснабжения была выбрана дизельная электростанция.
83
Для
моделирования
электроснабжения
с
была
одним
выбрана схема сети автономного
дизель-генератором
и
одним
главным
потребителем, близким по мощности к номинальной мощности источника, и
потребителем,
чья
мощность,
относительно
мощности
источника,
незначительна. Данная схема модели позволяет выявить влияние быстрого
изменения нагрузки на частоту в сети без дополнительного увеличения
сложности модели.
При моделировании были сделаны следующие допущения:
подключение к шинам основного потребителя осуществляется
1.
мгновенно;
2.
модель дизельного двигателя линеаризована и не учитывает
зависимость механической мощности на валу от температуры и объема
потребляемого воздуха.
Внешний вид модели сети автономного электроснабжения с дизельной
электростанцией приведен на рисунке 3.1.1. Модель состоит из следующих
блоков:
1. блока дизельного двигателя и регулятора возбуждения;
2. блока синхронного генератора;
3. двух блоков активной нагрузки;
4. коммутирующего блока;
5. блоков измерения.
Рисунок 3.1.1 – Модель сети электроснабжения с автономным источником
электрической энергии
84
Блок дизельного двигателя и
системы
управления
возбуждением состоит из нескольких подблоков. Внешний вид внутренней
структуры блока дизельного двигателя и системы управления возбуждением
приведен на рисунке 3.1.2. Блок состоит из подблока регулирования
напряжения, подблока дизельного двигателя и вспомогательных блоков.
Рисунок 3.1.2 – Модель дизельной электростанции
Внешний вид блока дизельного двигателя приведен на рисунке 3.1.3.
Модель
состоит
из
модели
системы
управления
дизелем,
модели
актюаторного механизма и модели двигателя. Система управления приводом
с помощью актюаторного механизма регулирует подачу топлива в цилиндры
двигателя. Модель привода реализует задержку при изменении подачи
топлива и реализует снижение или увеличение момента привода в
зависимости от знака изменения количества подаваемого в цилиндры
топлива. Каждое из звеньев модели системы управления реализовано
линеаризованной функцией [11]. Система регулирования скорости вращения
привода
имеет
оптимум [53].
настройки
близкие,
к
настройкам
на
технический
85
Рисунок 3.1.3 – Модель дизельного двигателя
Модель
блока
регулирования
возбуждением
приведена
на
рисунке 3.1.4. Система управления возбуждением состоит из следующих
блоков: блок выделения действующего значения напряжения, блока
низкочастотного фильтра, блока компенсации временной задержки, блока
главного
регулятора,
блока
регулируемого
выпрямителя
и
блока
демпфированной обратной связи. Настройки регулятора близки к настройкам
на технический оптимум.
Рисунок 3.1.4 – Модель системы управления возбуждением синхронного
генератора
Блок, эмулирующий синхронную машину, представляет собой систему
дифференциальных уравнений, описывающих состояние электрической
машины. Схема замещения синхронной машины, по которой проводился
расчет, приведена на рисунке 3.1.5. [12]
Рисунок 3.1.5 – Схема замещения синхронной машины
86
Согласно схеме замещения
состояние синхронной машины
описывается следующей системой уравнений [62]:
,
(3.1.1)
,
(3.1.2)
,
(3.1.3)
,
(3.1.4)
,
(3.1.5)
,
(3.1.6)
,
(3.1.7)
,
(3.1.8)
,
(3.1.9)
,
(3.1.10)
,
(3.1.11)
,
(3.1.12)
где Ud – проекция обобщенного вектора напряжения на ось d,
приложенного к обмоткам статора;
Uq
–
проекция обобщенного
вектора
напряжения
приложенного к обмоткам статора;
Rs – активное сопротивление обмоток статора;
id – проекция тока статора на ось d;
iq – проекция тока статора на ось q;
– проекция магнитного потока на ось d;
на ось
q,
87
потока на ось q;
– проекция магнитного
– скорость вращения ротора в радианах;
U’fd – проекция на ось d приведенного к статору напряжения
возбуждения;
R’fd – приведенное к статору активное сопротивление обмотки
возбуждения ротора по оси d;
i’fd – проекция на ось d приведенного к статору тока в обмотке
возбуждения;
– проекция на ось d приведенного к статору магнитного потока
обмоток возбуждения;
U’kd – проекция на ось d приведенного к статору напряжения
демпфирующей обмотки;
R’kd – приведенное к статору активное сопротивление демпфирующей
обмотки ротора по оси d;
i’kd – проекция на ось d приведенного к статору тока в демпфирующей
обмотке;
– проекция на ось d приведенного к статору магнитного потока
демпфирующей обмотки;
U’kq1,2 – проекция на ось q приведенных к статору напряжений
демпфирующих обмоток 1, 2;
R’kq1,2
–
приведенное
к
статору
активное
сопротивление
демпфирующих обмоток ротора по оси q;
i’kq1,2 – проекция на ось q приведенного к статору тока в
демпфирующих обмотках;
– проекция на ось q приведенного к статору магнитного потока
демпфирующих обмоток;
Ld – индуктивность обмотки статора по оси d;
Lq – индуктивность обмотки статора по оси q;
Lmd – магнитосцепление статора по оси d;
Lmq – магнитосцепление статора по оси q;
88
L’fd
–
индуктивность
обмотки возбуждения ротора по
оси d приведенное к статору;
L’kd – индуктивность демпфирующей обмотки ротора по оси d
приведенное к статору;
L’kq1,2 – индуктивность демпфирующих обмоток ротора по оси q
приведенное к статору;
Расчеты проводились для синхронной машины со следующими
параметрами: число пар полюсов - 3, номинальная мощность - 1 500 кВт,
полная мощность - 1 870 кВА. Параметры модели в программе Matlab в
относительных единицах (pu): Rs – 0.0036, Xd – 1.56,Xd' – 0.296, Xd'' –0.177,
Xq – 1.06, Xq – 0.177, Xl – 0.052.
В результате моделирования был получен график изменения частоты в
сети с автономным источником электрической энергии при ступенчатом
изменении нагрузки (рисунок 3.1.6).
Рисунок 3.1.6 – График изменения частоты, в сети с автономным источником
электрической энергии, при резком изменении нагрузки
Полученные результаты моделирования подтвердили необходимость
принятия мер, направленных на снижение влияния резкого изменения
нагрузки на сеть автономного электроснабжения. Из графика изменения
частоты видно, что при быстром увеличении нагрузки в сети происходит
снижение частоты до значений ниже регламентируемых ГОСТ на качество
электрической энергии.
Отклонение частоты и напряжения от номинальных значений может
приводить к ложным срабатываниям автоматики, что может повлечь
существенный материальный ущерб. Снижение частоты сети в результате
быстрого изменения нагрузки приводит сильным вибрациям дизельгенераторной установки и сокращению срока службы.
89
3.2 Моделирование скорости изменения потребляемой мощности
частотно-регулируемым приводом.
Цели моделирования: проверить скорость набора мощности для
современного частотно-регулируемого привода при ступенчатом изменении
задания. Результаты моделирования покажут – способен ли частотнорегулируемый привод, в результате быстрого набора мощности, оказывать
такое же влияние на сеть, что и активная нагрузка.
Внешний вид модели приведен на рисунке 3.2.2. Модель состоит из
следующих блоков: блока источника электрической энергии, блоков задания
скорости вращения и момента нагрузки, блока асинхронного частотнорегулируемого привода и блоков измерений.
Блок источника электрической энергии представляет собой источник
бесконечной мощности с последовательно включенными индуктивными и
активными сопротивлениями. Изменение активного и реактивного источника
позволяет задать характеристики источника.
Рисунок 3.2.2 – Модель частотно-регулируемого привода
Блок привода состоит из группы подблоков, его внутренняя структура
приведена на рисунке 3.2.3. В состав блока привода входят следующие
подблоки: подблок неуправляемого выпрямителя; подблок тормозных
резисторов;
подблок
трехфазного
автономного
инвертора;
подблок
90
управления скоростью вращения;
подблок
вычисления
ненаблюдаемых координат; подблок расчета состояния асинхронного
двигателя; подблоки измерения.
Подблок неуправляемого выпрямителя осуществляет преобразование
переменного трехфазного напряжения в постоянное. В качестве силовых
коммутаторов были выбраны диоды. Подблок неуправляемого выпрямителя
соответствует неуправляемому выпрямителю по схеме Ларионова.
Рисунок 3.2.3 – Модель частотно-регулируемого привода
Внешний вид модели подблока тормозных резисторов приведен на
рисунке 3.2.4. Модель состоит из блоков измерения, схемы управления,
силового ключа, диода, тормозного резистора и конденсатора. Система
управления тормозным резистором контролирует напряжение в звене
постоянного тока. В случае превышения напряжением порогового значения
отрывается
силовой
ключ,
и
напряжение
прикладывается к тормозному резистору.
звена
постоянного
тока
91
Рисунок 3.2.4 – Схема управления тормозным резистором
Блок трехфазного автономного инвертора рассчитывает состояние
силовой полномостовой схемы на IGBT транзисторах.
Подблок регулятора скорости вращения привода приведен на рисунке
3.2.5. В качестве регулятора используется ПИ-регулятор. На входе схемы
установлен фильтр низких частот позволяющий избежать резонансных
колебаний,
а
так
же
избежать
реакции
на
помехи,
вносимые
полупроводниковыми силовыми коммутаторами.
Рисунок 3.2.5 – Модель регуляторов привода
Блок управление полем двигателя формирует управляющие импульсы
для автономного инвертора. В соответствии с требуемым моментом и
текущей скоростью вращения данный блок рассчитывает требуемое значение
вектора
потокосцепления
ротора.
В
качестве
регулятора
вектора
потокосцепления используется ПИ регулятор. В соответствии с требуемым
положением вектора потокосцепления статора формируется задание на ток
92
асинхронного
двигателя
[68].
Исходя
из
текущего
потребляемого тока и полученного с регуляторов задания на потребляемый
ток, формируются управляющие импульсы для автономного инвертора. В
качестве регуляторов тока используются дискретные
регуляторы тока.
Настройки регуляторов момента и магнитного потока близки к настройкам
на технический оптимум.
Рисунок 3.2.6 – Блок управления полем двигателя (field-oriented control block)
Как видно на рисунке 3.2.7 подблок вычисления ненаблюдаемых
координат состоит из нескольких подблоков. Каждый из подблоков
реализует группу математических преобразований, объединение в подблоки
производилось, исходя из удобства отображения информации о модели.
Расчет ненаблюдаемых координат разделен на следующие блоки: блоки
преобразования координат, блок фильтров, блок адаптивной модели, блок
эталонной модели.
Рисунок 3.2.7 – Блок вычисления ненаблюдаемых координат
Для
расчета
состояния
двигателя,
реализуемого
подблоком
асинхронной машины, была использована T-образная схема замещения,
приведенная на рисунке 3.2.1.
93
Рисунок 3.2.1 – Т-образная схема замещения асинхронного двигателя во
вращающейся системе координат
Данной схеме замещения соответствует следующая система уравнений:
,
(3.1.13)
,
(3.1.14)
,
(3.1.15)
,
(3.1.16)
,
(3.1.17)
,
(3.1.18)
,
(3.1.19)
,
(3.1.20)
,
(3.1.21)
,
(3.1.22)
,
(3.1.23)
где Uqs – проекция обобщенного вектора напряжения, приложенного к
обмоткам статора, на ось q;
Uds – проекция обобщенного вектора напряжения на ось d,
приложенного к обмоткам статора;
94
Rs – активное сопротивление
обмоток статора;
iqs – проекция обобщенного вектора тока статора на ось q;
ids – проекция обобщенного вектора тока статора на ось d;
– проекция вектора магнитного потока ротора на ось q;
– проекция вектора магнитного потока ротора на ось d;
– синхронная скорость вращения магнитного поля;
– скорость вращения ротора;
U’qr – проекция обобщенного вектора напряжения ротора на ось q,
приведенного к статор;
U’dr – проекция обобщенного вектора напряжения ротора на ось d,
приведенного к статору;
R’r – приведенное к статору активное сопротивление ротора;
– проекция вектора магнитного потока ротора на ось q,
приведенная к статору;
– проекция вектора магнитного потока ротора на ось d,
приведенная к статору;
Ls – индуктивность обмоток статора;
L’r – индуктивность обмоток ротора приведенное к статору;
Lls – индуктивность рассеивания обмоток статора;
L’lr – индуктивность рассеивания обмоток ротора приведенное к
статору;
Lm – магнитосцепление.
В
качестве
условий
моделирования
были
заданы
следующие
параметры: в качестве задание на скорость вращения устанавливается
номинальная скорость сращения с 0 до 1 с, потом задание снижается до 0.
График нагрузка приведен на рисунке 3.2.8.
95
Рисунок 3.2.8 – График задания нагрузки
Данный график задает резкое изменение нагрузки привода с нулевого
значения до номинального значения и резкого сброса нагрузки. Два данных
изменения отражают один из самых тяжелых режимов работы привода.
Однако производителями современного частотно-регулируемого привода
гарантируется устойчивая отработка двукратного изменение момента
нагрузки.
В
результате
моделирования
были
получены
графики,
характеризующие состояние привода после резкого изменения момента
нагрузки.
На графике тока, потребляемого частотно-регулируемым приводом из
сети (рисунок 3.2.8) видно, что при резком изменении нагрузки нарастание
тока с нулевого значения до номинального значения происходит за время
2,5 - 3 периода. А снижение потребления с номинального значения тока до
30% происходит за половину периода.
96
Рисунок 3.2.9 – График токов, потребляемых приводом переменного тока из
сети
На рисунке 3.2.10 видно как при изменении нагрузки на привод
меняется потребляемая мощность. Из графика видно, что современный
частотно-регулируемый привод способен изменять потребляемую мощность
за время, сопоставимое с периодом частоты питающей сети.
Рисунок 3.2.10 – Результат моделирования потребления активной и
реактивной мощности частотно-регулируемым приводом при ступенчатом
изменении задания момента
97
Исходя
из
результатов
моделирования,
можно
сделать
вывод о том, что современный частотно-регулируемый привод обладает
быстродействием порядка нескольких десятков миллисекунд, что намного
превышает характеристики набора мощности для автономных источников
электрической энергии. Скорость, с которой частотно-регулируемый привод
способен изменять потребляемую мощность, сравнима со скоростью
коммутационных процессов.
3.3 Моделирование сети с автономным источником электрической
энергии с регулируемой скоростью изменения нагрузки
Целью моделирования являлась проверка алгоритма управления
приводом, снижающего скорость изменения нагрузки на сеть с автономным
источником электрической энергии. Математическая модель современного
частотно-регулируемого привода требует значительных вычислительных
мощностей. С целью упрощения математической модели в качестве
быстроизменяющейся нагрузки был использован не частотно-регулируемый
привод, а активная нагрузка, подключаемая на шины. Основанием для такой
замены является то, что скорость и амплитуда изменяемой мощности в
случае
коммутирования
активной
нагрузки
сравнима
со
скоростью
изменения потребляемой мощности современным частотно-регулируемым
приводом.
На модели рассчитывался следующий процесс: в первый момент
времени система автономного электроснабжения работает с незначительной
нагрузкой, затем происходит подключение основной нагрузки, при этом
подключением 50% нагрузки управляет система управления скоростью
изменения нагрузки.
Модель приведена на рисунке 3.3.1. Модель состоит из сети с
автономным источником электрической энергии, нагрузки и системы
98
управления
коммутацией
нагрузки.
Часть
модели,
касающаяся сети с автономным источником электрической энергии была
описана ранее.
Рисунок 3.3.1 – Модели системы автономного электроснабжения с системой
регулирования скорости изменения нагрузки
Блок управления коммутацией нагрузки приведен на рисунке 3.3.2. В
данном блоке происходит сравнение текущей частоты сети с уставкой,
проверка на разрешение включения нагрузки и в случае, когда частота сети
больше уставки и есть разрешение на коммутацию – происходит включение
нагрузки. Если частота сети снижается до значений, равных уставке или
ниже, то происходит отключение нагрузки от сети. Значение уставки было
выбрано равным 0,98 от частоты питающей сети для того, чтобы на время
переходных процессов не снижать частоту в питающей сети до значений
ниже 47,5 Гц (регламентированных ГОСТ на качество электрической
энергии).
99
Рисунок 3.3.2 – Блок регулирования скорости изменения нагрузки с обратной
связью по частоте сети
Управляющий сигнал на включение нагрузки на момент протекания
переходных процессов работает в импульсном режиме как это показано на
рисунке 3.3.3. Как видно из рисунка, регулятор реализует скользящий режим
работы.
Рисунок 3.3.3 – Выходное значение регулятора нагрузки
За счет плавного включения 50% нагрузки происходит меньший провал
частоты в питающей сети. На рисунке 3.3.4 и рисунке 3.3.5 приведены
графики частоты сети при мгновенном включении нагрузки и при плавном
регулировании.
100
Рисунок 3.3.4 – График изменения частоты, в сети с автономным источником
электрической энергии, при резком изменении нагрузки
Рисунок 3.3.5 – График изменения частоты питания в автономной сети при
питании электропривода большой мощности с ограничением потребления
мощности по частоте сети
Полученные
в
результате
моделирования
графики
переходных
процессов свидетельствуют о том, что разработанный алгоритм дискретного
ограничения
мощности
отклонение частоты
подключаемой
в сети
для
сетей
нагрузки
позволяет
снизить
с автономным источником
электрической энергии. Использование алгоритма дискретного ограничения
мощности позволяет повысить совместимость по скорости изменения
мощности для частотно-регулируемого привода и автономного источника
электрической энергии.
3.4 Сравнение искажений формы кривой тока, потребляемой
преобразователем частоты с активным выпрямителем и с 12-ти
пульсной схемой выпрямления
Целью моделирования было сравнение уравня искажений формы
кривой тока и коэффициента мощности для различных схем выпрямления.
Для сравнения была выбрана схема с понижающим трансформатором.
Напряжение на стороне высокого напряжения было выбрано равным 6 кВ, на
стороне низкого напряжения 400 В.
101
При моделировании 12-ти
использовался
неуправляемый
пульсной
выпрямитель,
схемы
выпрямления
поскольку
его
работа
соответствует работе управляемого выпрямителя при угле открытия равным
0, что соответствует наилучшей электромагнитной совместимости между
выпрямительной частью схемы и приводом.
Оценка качества формы кривой тока, рекуперируемого в сеть, не
проводилась, т.к. она заведомо не удовлетворяет стандартам качества на
электроэнергию. [15]
При
моделировании
были
приняты
следующие
допущения:
коммутация силовых ключей происходит мгновенно; отсутствуют потери в
силовых
линиях;
внутренние
шины
преобразователя
не
имеют
индуктивности; характеристика входных реакторов принята линейной
(насыщение не учитывалось); в законе управления не реализована функция
задержки
по
времени,
обеспечивающая
безопасное
переключение
коммутаторов. Данные допущения не оказывают существенного влияния на
точность моделирования [18].
При моделировании были заданы следующие параметры:
1.
сопротивление IGBT-транзисторов в открытом состоянии: 1мОм;
2.
характеристики двигателя: Мощность двигателя 150 кВт. Номинальная
частота 50 Гц, число пар полюсов 2;
3.
характеристики сети: Напряжение 380В, Частота 50 Гц, Сопротивление
0,1 Ом, Индуктивность сети 0,01 мГн;
4.
частота коммутации силовых ключей: 5 кГц;
5.
исходя из необходимости обеспечения требуемого уровня напряжения
на выходе активного выпрямителя и требований к качеству формы кривой
тока, потребляемого активным выпрямителем, были приняты: индуктивность
входных дросселей 1 мГн; сопротивление входных дросселей 0,1 Ом;
6.
емкость конденсатора в звене постоянного тока: 7500 мкФ;
7.
настройка регуляторов активного выпрямителя близка к настройке на
технический оптимум;
102
8.
задание
регулятора
напряжения
активного
выпрямителя 700В;
9.
шаг времени при расчете модели 10-7 с;
Модель схемы электроснабжения с активным выпрямителем приведена
на рисунке3.4.1. Модель состоит из модели сети, модели трансформатора,
модели активного выпрямителя, модели привода и вспомогательных блоков
для измерения параметров.
Рисунок 3.4.1 – Модель частотно-регулируемого привода с активным
выпрямителем
На рисунке 3.4.2 приведена модель системы электроснабжения с 12-ти
пульсным выпрямителем. Модель состоит из модели сети, модели
трансформатора с двумя комплектами вторичных обмоток, сдвинутых
относительно
друг
друга
на
30
электрических
градусов,
модели
неуправляемых выпрямителей, модели привода и вспомогательных блоков.
103
Рисунок 3.4.2 – Модель частотно-регулируемого привода с неуправляемым
выпрямителем
Сеть электроснабжения моделировалась трехфазным источником
напряжения бесконечной мощности с последовательно подключенными
активным и индуктивным сопротивлениями.
Модель трансформатора представлена блоком, реализующим Тобразную схему замещения трансформатора. Модель описана в работах [25,
31]. Модель неуправляемых выпрямителей представляет собой 6-ти
пульсный мост Ларионова. Модель активного выпрямителя реализует
математические зависимости, приведенные в главе 2. С целью упрощения
модель
привода
представлена
активно-индуктивной
нагрузкой
с
последовательно включенным источником ЭДС.
В результате моделирования были получены графики токов и
мощности, потребляемых схемами активного выпрямителя и 12-ти пульсного
выпрямителя в различных режимах работы.
На рисунке 3.4.3 приведены графики токов, потребляемых активным
выпрямителем в выпрямительном режиме работы на стороне низкого
напряжения. Как видно из графика, после завершения переходных процессов,
форма
кривой
токов
близка
высокочастотные искажения.
к
синусоидальной,
однако
содержит
104
I, A
t, c
Рисунок 3.4.3 – График токов, потребляемых активным выпрямителем в
выпрямительном режиме работы на стороне низкого напряжения
Как видно на рисунке 3.4.4 токи на стороне высокого напряжения
практически повторяют по форме токи на стороне низкого напряжения.
Амплитуда данных токов ниже амплитуды на стороне низкого напряжения
ввиду использования понижающей схемы трансформатора.
I, A
t, c
Рисунок 3.4.4 – График токов на стороне высокого напряжения,
потребляемых активным выпрямителем в выпрямительном режиме работы
С целью проверки коэффициента мощности активного выпрямителя
был
построен
график
потребляемой
мощности,
приведенный
на
рисунке 3.4.5. Из графиков активной мощности следует, что после
завершения
переходных
процессов,
модель
активного
потребляет ток, совпадающий по фазе с напряжением.
выпрямителя
105
P, Вт
Q, вар
t, c
Рисунок 3.4.5 – График активной и реактивной мощностей, потребляемых
активным выпрямителем в выпрямительном режиме работы
Для оценки искажений формы кривой тока, потребляемого активным
выпрямителем в режиме рекуперирования энергии в сеть, было произведено
моделирование работы активного выпрямителя в инверторном режиме. Как
показано на рисунке 3.4.6 и на рисунке 3.4.7 форма кривой тока близка к
синусоидальной как на стороне высокого, так и на стороне низкого
напряжения.
106
I, A
t, c
Рисунок 3.4.6 – График токов, потребляемых активным выпрямителем, на
стороне низкого напряжения
I, A
t, c
Рисунок 3.4.7 – График токов, потребляемых активным выпрямителем, на
стороне высокого напряжения
В режиме рекуперации энергии в питающую сеть так же была
произведена оценка коэффициента мощности активного выпрямителя. Как
видно из рисунка 3.4.8 – после завершения переходных процессов активный
выпрямитель передает в сеть только активную мощность.
107
P ,Вт
Q, вар
t, c
Рисунок 3.4.8 – График мощности, потребляемой активным выпрямителем в
инверторном режиме
Моделирование работы системы с 12-ти пульсным выпрямителем
показало, что несмотря на повышенную пульсность системы выпрямления и
нулевой угол открытия силовых ключей – искажения формы кривой тока
достаточно существенные, это видно на рисунке 3.4.9.
I, A
t, c
Рисунок 3.4.9 – График токов, потребляемых 12-ти пульсным выпрямителем
на стороне высокого напряжения
108
С
целью
оценки
коэффициента мощности системы
были построены графики мощностей, потребляемых 12-ти пульсным
выпрямителем на стороне высокого напряжения. Как видно из графиков,
приведенных на рисунке 3.4.10 – коэффициент мощности системы при
использовании 12-ти пульсной схемы не будет равен 1.
P, Вт
Q, вар
t, c
Рисунок 3.4.10 – График мощностей, потребляемых 12-ти пульсной схемой
выпрямителя на стороне высокого напряжения
Для оценки вносимых в сеть искажений в различных режимах работы
было произведено разложение в гармонический ряд Фурье формы кривых
токов, потребляемых выпрямительными схемами. Анализ формы кривой
токов производился с помощью инструмента ―FFT Tools‖, пакета Simulink
Matlab. В результате анализа были получены данные, приведенные в
таблице 3.1.
109
Таблица 3.1 – Искажения кривой тока для различных схем выпрямления
Искажение формы кривой тока
THD(I)
Активный выпрямитель в
4%
выпрямительном режиме
Активный выпрямитель в
11%
инверторном режиме
Неуправляемый выпрямитель
Полученные
данные
13%
свидетельствуют
о
том,
что
активный
выпрямитель потребляет менее искаженный ток, и как следствие, будет
оказывать существенно меньшее влияние на сеть, чем 12-ти пульсный
выпрямитель той же мощности. В режиме рекуперации и в режиме
инвертировании
напряжения
активный
выпрямитель
работает
с
коэффициентом мощности близким к единице.
3.5 Моделирование влияния изменения нагрузки на форму тока,
потребляемого преобразователем частоты с активным выпрямителем
Целью моделирования являлась оценка влияния колебания нагрузки
частотно-регулируемого привода с DTC алгоритмом управления на качество
тока, потребляемого активным выпрямителем. С этой целью была построена
модель системы, содержащей в своем составе систему электроснабжения,
активный выпрямитель, автономный инвертор и модель асинхронного
двигателя. Внешний вид модели приведен на рисунке 3.5.1.
110
Рисунок 3.5.1 – Модель асинхронного привода с активным выпрямителем
Модель асинхронного привода с активным выпрямителем состоит из
модели
сети,
модели
активного
выпрямителя
и
модели
частотно-
регулируемого привода.
Отличие модели привода от приведенного в главе 3.2 заключается в
том, что в данном случае блок неуправляемого выпрямителя был заменен на
блок активного выпрямителя. Описание модели активного выпрямителя
приведено в главе 3.4. Описание модели сети приведено в главе 3.4. График
задания скорости приведен на рисунке 3.5.3.
Задание момента нагрузки привода приведено на рисунке 3.5.2.
111
Рисунок 3.5.2 – Момент нагрузки привода
В результате моделирования работы привода были получены графики
тока и напряжения в сети, графики тока статора, графики скорости вращения
привода, графики момента асинхронного двигателя и график напряжения в
звене постоянного тока.
112
Ток статора, А
Скорость вращения
Задание
ротора
Скорость вращения,
об/мин
Задание Момент, Нм
Момент на валу двигателя
Напряжение в звене постоянного тока, В
t, c
Рисунок 3.5.3 – Графики, полученные в результате моделирования работы
частотно-регулируемого привода
Из графика напряжения в звене постоянного тока, приведенного на
рисунке 3.5.3, видно, что активный выпрямитель регулирует уровень
напряжения, не зависимо от изменения нагрузки. На рисунке 3.5.4 показано
как снижалось напряжение сети под воздействием увеличения тока,
потребляемого
частотно-регулируемым
приводом,
однако
система
регулирования активного выпрямителя позволила снизить данное влияние.
113
Ток потребляемый активным выпрямителем, А
Напряжение сети, В
Рисунок 3.5.4 – Графики тока, потребляемого активным выпрямителем, и
напряжения сети
На рисунке 3.5.5 приведены графики тока и напряжения в большем
масштабе, на данных графиках видно, что активный выпрямитель потребляет
ток формы, близкой к синусоидальной.
114
Ток, потребляемый активным выпрямителем, А
Напряжение сети, В
Рисунок 3.5.5 – Графики тока, потребляемого активным выпрямителем, и
напряжения сети
С целью оценки степени искажения тока, потребляемого активным
выпрямителем, было произведено разложение данного сигнала в ряд Фурье с
помощью блока FFT Tools, Matlab Simulink. Для оценки качества
потребляемого тока были выбраны два участка характеристики, на которых
амплитуда тока была стабильной, они приведены на рисунке 3.5.6.
115
Рисунок 3.5.6 – График тока, потребляемого активным выпрямителем
Рисунок 3.5.7 – Гармонический спектр тока, потребляемого активным
выпрямителем в режиме разгона привода
Рисунок 3.5.8 – Гармонический спектр тока, потребляемого активным
выпрямителем в режиме вращения привода с постоянной скоростью
Из гармонического спектра, приведенного на рисунках 3.5.7 и 3.5.8,
следует, что степень искажения формы кривой тока в установившемся
116
режиме не превышает 7% и не
превышает 9 % в момент разгона.
На графиках тока и гармонического спектра видно, что колебания нагрузки
не привели к существенному искажению формы кривой тока, потребляемого
активным выпрямителем.
3.6 Выводы к главе 3
Результаты
моделирования
сети
с
автономным
источником
электрической энергии показали, что резкое изменение потребляемой
мощности
приводит
к
изменению
частоты
в
сети
автономного
электроснабжения. При быстром изменении нагрузки на мощность,
сравнимую с мощностью автономного источника электрической энергии,
отклонение частоты от номинальной будет превышать указанные в ГОСТ на
качество электрической энергии, пределы.
Скорость набора мощности современным частотно-регулируемым
приводом составляет время порядка нескольких десятых миллисекунд в то
время как скорость изменения мощности для большинства автономных
источников электрической энергии составляет время порядка нескольких
секунд.
Из
результатов
электроснабжения
с
моделирования
дискретным
работы
ограничением
системы
скорости
автономного
изменения
мощности нагрузки видно, что предложенный алгоритм регулирования
скорости изменения нагрузки позволяет снизить отклонение частоты сети и
сохранить его в пределах, регламентированных ГОСТ на качество
электрической энергии.
Получены графики потребления тока частотно-регулируемого привода
при использовании 12-ти пульсной схемы выпрямления и при использовании
активного выпрямителя. Из данных графиков видно, что при равных
условиях искажения, вносимые в сеть активным выпрямителем, существенно
ниже искажений вносимых в сеть 12-ти пульсным выпрямителем. При
рекуперации энергии в питающую сеть ток активного выпрямителя так же
117
близок к синусоидальному. В
результате моделирования работы
преобразователя частоты с активным выпрямителем и DTC алгоритмом
управления приводом не удалось зафиксировать влияния переменной
частоты переключения силовых ключей инвертора на ток, потребляемый
активным выпрямителем. При пульсации момента нагрузки на 20% так же не
удалось зафиксировать существенного искажения формы кривой тока.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что
использование преобразователя частоты с активным выпрямителем частоты
позволит снизить влияние искажений вносимых частотно-регулируемым
приводом в питающую сеть.
118
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
С
целью
проверки
адекватности
математических
моделей,
приведенных в работе, были проведены экспериментальные исследования
системы автономного электроснабжения. Данная система является частным
случаем широкого класса систем автономного электроснабжения, однако
полученные в результате экспериментов зависимости позволяют подтвердить
правильность подхода к построению математических моделей. Зависимости,
выявленные в результате опытов, являются общими для всех автономных
систем, поскольку отличие заключается в параметрах данных систем, а не в
физических законах, определяющих данное взаимодействие.
Целью исследования было получение данных о реакции системы
электроснабжения с автономным источником электрической энергии на
воздействие, оказываемое современным частотно-регулируемым приводом.
Под воздействием, оказываемым на систему автономного электроснабжения,
понималось быстрое изменение мощности, потребляемой современным
частотно-регулируемым приводом; потребление тока искаженной формы.
4.1 Объект исследования
С целью проведения исследований в качестве примера системы
электроснабжения с автономным источником электрической энергии была
выбрана судовая сеть морского буксира проекта 745. Как уже отмечалось
ранее, системы автономного электроснабжения имеют ряд отличительных
особенностей. Прежде всего, это сопоставимая мощность потребителей и
источников электрической энергии.
В случае наличия в системе нескольких основных потребителей
электрической энергии достаточно сложно отслеживать текущее суммарное
потребление мощности, особенно в случае географической удаленности
потребителей. На морских буксирах проекта 745 установлен один гребной
119
электродвигатель,
поэтому
степень влияния данного вида
нагрузки на судовую сеть легко определить, измеряя потребляемую
приводом мощность.
Отличительной особенностью систем с электродвижением является
малое внутреннее сопротивление системы электроснабжения в виду малой
удаленности потребителей электрической энергии от источника. Поэтому
влияние искажения формы потребляемого тока на качество напряжения в
точке подключения других потребителей будет меньшим, чем в сетях с
большой удаленностью приемников от источника электрической энергии.
Внешний вид одного из морских буксиров 745 серии приведен на
рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Морской буксир проекта 745
Морской буксир проекта 745 имеет единый ГРЩ для обеспечения
питанием потребителей собственных нужд и системы электродвижения
судна. Схема системы электрожвижения приведена на рисунке 4.2.
120
Рисунок 4.2 – Система электродвижения судов проекта 745
На проекте единая энергосистема, система электродвижения и прочие
потребители подключены к единым шинам ГРЩ. Система генерации
электрической энергии представлена двумя дизель-генераторами мощностью
по 1500 кВт каждый, двумя вспомогательными и одним аварийным дизель
генератором.
Полная
мощность
дизель-генераторов
-
1875
кВА,
номинальный cos φ - 0,8, напряжение - 400В, номинальная скорость
вращения
-
1000
об/мин.
Масса
генератора
-
7090
кг.
Система
электродвижения морского буксира проекта 745 состоит из преобразователя
частоты,
трансформатора
с
двумя
вторичными
обмотками
и
электродвигателя мощностью - 2,5 МВт.
Буксир имеет несколько основных режимов работы: швартовный
режим, режим экономного хода и режим полного хода. В зависимости от
режима работы судна выбирается режим работы электростанции. При
полном ходе оба дизель-генератора работают в параллель. Распределение
нагрузки между дизель-генераторами происходит за счет наклонной
нагрузочной характеристики и работы распределительного устройства. В
121
режиме
эконом
хода
один
генератор работает на общие
шины, второй находится в состоянии холодного резерва. В швартовом
режиме при небольшой нагрузке оба генератора работают в параллель, что
продиктовано соображениями безопасности. При швартовом режиме работы
недопустима потеря управления судном, поэтому генераторы осуществляют
горячее резервирование.
Основным потребителем электрической энергии на судне является
система электродвижения. Суммарная мощность электроустановки близка к
мощности привода. Потребление прочих судовых потребителей, как правило,
не превышает 120 кВт. Структурная схема преобразователя приведена на
рисунке 4.3
Рисунок 4.3 – Схема преобразователя частоты системы электродвижения
судна проекта 745
Преобразователь частоты построен с использованием 12-ти пульсной
схемы. На вторичных обмотках напряжение поднимается до 600 В.
Применение повышающего трансформатора связано с выбором двигателя на
690 В. Напряжение на выходе с трансформатора подается на отдельные
неуправляемые
выпрямители.
Выход
выпрямителя
соединен
122
последовательно, так же с целью
повышения
напряжения
на
выходе преобразователя частоты. Применение 6-ти пульсной схемы при
использовании единой электростанции не представляется возможным из-за
высоких искажений формы кривой тока потребляемой преобразователем
частоты.
Тормозные режимы работы привода осуществляются за счет установки
в звено постоянного тока тормозного резистора. Во время тормозных
режимов рекуперация энергия в судовую сеть невозможна.
Измерение качества напряжения производилось на шинах ГРЩ. На
рисунке 4.4 приведена схема ГРЩ. На данной схеме отмечены точки
измерения параметров электрической энергии.
Рисунок 4.4 – Схема ГРЩ судна проекта 745
В
качестве
средств
измерения
при
проведении
исследования
использовались — анализатор качества напряжения Fluke, штатные
частотомеры, амперметры и ватметры установленные в секциях ГРЩ.
Штатные частотомеры установленные в секциях ГРЩ позволяют
фиксировать изменение частоты в пределах от 45 Гц до 55 Гц, что
123
соответствует
двухкратному
отклонениям
частоты
сети,
превышению
регламентируемых
требований
ГОСТ
на
к
качество
электрической энергии.
В ходе исследований были проведены следующие эксперименты:
1. выявление отклонений частоты при увеличении задания;
2. снижение задания на скорость вращения привода;
3. выявление отклонения частоты при изменении задания на
скорость вращения после внесения изменений в обработчик
задания;
4. изменение частоты сети при изменении момента нагрузки;
5. анализ качества электрической энергии высокой мощности
нагрузки;
6. анализ качества электрической энергии при малой мощности
нагрузки;
7. данные о качестве электрической энергии с других кораблей.
4.2. Выявление отклонений частоты при изменении задания на
скорость вращения привода.
Задание на скорость вращения устанавливалось в ходовой рубке судна
путем изменения положения рукоятки управления судоводителя. С рукоятки
управления
данный
сигнал
поступает
в
систему
управления
электродвижением, где данный сигнал обрабатывается, фильтруется и
передается в качестве задания по цифровому интерфейсу в контроллер
управляющий преобразователем частоты. Во время проведения эксперимента
фиксировалось
преобразователем
задание,
частоты.
приходящее
Отклонения
в
контроллер
частоты
управления
фиксировалось
по
частотомерам установленным на секциях ГРЩ.
При проведении эксперимента оба дизель-генератора работали в
параллель на общие шины. Поэтому данные полученные в результате данных
124
экспериментов
оценивают
устойчивость
системы
электроснабжения только при распределении нагрузки между двумя
главными дизель-генераторами.
Эксперимент проводился в два этапа. После предварительной
настройке регуляторов скорости вращения дизель-генераторов и после их
перенастройки.
Проведение эксперимента до перенастройки регуляторов ГДГ:
1. отклонение ручки задатчика с 0 до 50% за 5 секунд. В результате
эксперимента провал частоты — 1 Гц, время переходного процесса
порядка 2 секунд;
2. отклонение ручки задатчика с 0 до 50% за 2 секунды. В результате
эксперимента был зафиксирован провал частоты — 3 Гц. Время
переходного процесса 3 секунды;
3. отклонение ручки от 0 до 100% за 10 секунд. В результате
эксперимента был зафиксирован провал частоты сети на 4 Гц. Время
переходного процесса 6 секунд;
4. отклонение ручки от 0 до 100% за 5 секунд. В результате эксперимента
отклонение частоты не удалось измерить, так как частота упала ниже
45 Гц. Время переходного процесса составило 12 секунд.
После проведения данных испытаний показатели приема нагрузки
главными дизелями были признаны неудовлетворительными. Для снижения
времени набора мощности дизель-генераторами фирмой производителем
была произведена
перенастройка
регуляторов
управления
скоростью
вращения. Изменение настроек регуляторов дизель-генераторов привело к
снижению динамической устойчивости, повышению перерегулирования и
повлекло за собой перенастройку регуляторов распределителей нагрузки и
синхронизаторов, однако не привело к сильному увеличению скорости
приема нагрузки дизель-генераторов.
125
После
проведения
была
проведена
еще
одна
серия
экспериментов по отклонению частоты в сети электроснабжения при
изменении положения задатчика.
1. отклонение ручки задатчика с 0 до 50% за 5 секунд. В результате
эксперимента провал частоты — 1 Гц, время переходного процесса
порядка 2 секунд;
2. отклонение ручки задатчика с 0 до 50% за 2 секунды. В результате
эксперимента был зафиксирован провал частоты — 3 Гц. Время
переходного процесса 2 секунды;
3. отклонение ручки от 0 до 100% за 10 секунд. В результате
эксперимента был зафиксирован провал частоты сети на 4 Гц. Время
переходного процесса 6 секунд;
4. отклонение ручки от 0 до 100% за 5 секунд. В результате эксперимента
отклонение частоты не удалось измерить так как частота упала ниже 45
Гц. Время переходного процесса составило 11 секунд.
На основании данных экспериментов были сделаны выводы о
несущественном
увеличении
скорости
приема
нагрузки
судовой
электростанцией при перенастройке регуляторов. Дальнейшее снижение
скорости принятия нагрузки для дизель-генераторных агрегатов возможно
только в случае изменении конструкции турбонагнетателей. Так же в
результаты эксперименты подтвердили существенное влияние системы
электродвижения на систему электроснабжения судна.
Из-за вентиляторной характеристики нагрузки на привод влияние
системы электродвижения на судовую сеть при высоких оборотах было
намного больше чем на низких оборотах.
На основании выводов сделанных из эксперимента по влиянию
изменения задания на скорость вращения судового привода было принято
решение о необходимости снижения скорости набора мощности системы
126
электродвижения
судна.
Было
принято решение о модификации
задатчика оборотов с целью ограничения скорости изменения задания. Для
этого была написана программа обрабатывающая положение задатчика
скорости вращения винта и ограничивающая скорость его изменения. Текст
программы приведен в приложении А.
Программа
обработки
задания
положения
задатчика
скорости
вращения привода учитывает вентиляторный характер нагрузки привода и
характеристики скорости набора мощности для главных дизель-генераторов.
Программа обработки положения задатчика скорости вращения привода
системы электродвижения судна предполагает свободное конфигурирование
параметров задатчика интенсивности с целью его подстройки по результатам
проверки эффективности его работы на реальном объекте.
После написания программы была проведена серия экспериментов для
настройки задатчика интенсивности. После настройки были приняты
следующие решения: скорость набора мощности от 0 до 100% не менее 10
секунд, скорость набора 50% мощности 2-3 секунды, сброс задания в ноль
происходит мгновенно. Данные настройки не гарантировали снижение часты
сети при изменении положения задатчика скорости вращения судового
привода, однако дальнейшее ограничение скорости набора мощности для
привода приводило к недопустимому снижению маневренных возможностей
судна.
После
внесенных
изменений
были
произведены
повторные
эксперименты:
1. отклонение ручки задатчика с 0 до 50% за 5 секунд. В результате
эксперимента провал частоты — 1 Гц, время переходного процесса
порядка 5 секунд;
2. отклонение ручки задатчика с 0 до 50% за 2 секунды. В результате
эксперимента был зафиксирован провал частоты — 2 Гц. Время
переходного процесса 7 секунды;
127
3. отклонение ручки от 0 до
100% за 10 секунд. В результате
эксперимента был зафиксирован провал частоты сети на 2 Гц. Время
переходного процесса 20 секунд;
4. отклонение ручки от 0 до 100% за 5 секунд. В результате эксперимента
был зафиксирован провал частоты сети на 5 Гц. Время переходного
процесса составило 19 секунд.
В ходе данных экспериментов было выявлено, что при снижении
задания на скорость вращения привода происходит увеличение частоты в
сети автономного электроснабжения до значений выше 55 Гц. Ограничение
на скорость снижения задания не было внесено поскольку по требованиям
заказчика процесс реверса должен осуществляться максимально быстро.
Даже при снижении задания на 10-15% привод переходил в режим
рекуперации с запиранием диодов на входе преобразователя частоты. Что
приводило к мгновенному снижению мощности потребляемой системой
электродвижения судна до 0.
1. Снижение задания с 100% до 50% приводило к забросу частоты до
значений выше 55 Гц. Время переходного процесса — 5-7с.
2. Снижение задания с 100% до 0% приводило к забросу частоты до
значений выше 55 Гц. Время переходного процесса — 5-7с.
В результате ходовых испытаний судна были получены данные о
влиянии резкого изменения нагрузки на привод на частоту сети с
автономным источником электрической энергии для системы с близкой
мощностью источника электрической энергии и частотно-регулируемого
привода. При проведении маневра «циркуляция» кормой вперед при
волнении в два балла нагрузка на привод резко изменялась по причине
выскакивания винта из воды. При выскакивании винта из воды было
зафиксировано снижение мощности, потребляемой приводом на 1,5 МВт.
При погружении винта мощность увеличивалась до прежних значений
128
составлявших 2,5 МВт. Часта
сети при этом изменялась с
значений ниже 45 Гц, до значений превышающих 55 Гц с частотой
колебаний волн. Полученные данные свидетельствуют о необходимости
учета влияния резкого изменения момента нагрузки на частоту в сети
автономного электроснабжения.
4.3 Анализ качества электрической энергии
Анализ качества электрической энергии проводился путем измерения
формы кривой напряжения на шинах ГРЩ. Существенное влияние на
качество электрической энергии в судовой электросети оказывает режим
работы привода, поэтому с целью анализ качества электрической энергии на
шинах ГРЩ проводился при нескольких режимах работы судовой системы
электродвижения.
Измерения производились при следующих режимах работы:
1. при малом ходе и параллельно работающих дизель-генераторах;
2. при полном ходе при параллельно работающих дизель-генераторах;
3. при малом ходе и одиночной работе дизель-генератора.
Малый ход судна при работе в параллель двух дизель-генераторов
достаточно распространенный режим работы. Во время прохождения
«узкостей» и при проведении маневровых операций вблизи других судов
команда обязана обеспечить параллельный режим работы двух дизельгенераторов. Данный режим работы характеризуется малой мощностью
потребляемой системой электродвижения.
Осциллографирование производилось при задании на обороты судна
равное 40% от максимально допустимой скорости вращения привода гребной
установки. В результате осциллографирования были получены диаграммы
напряжений, одна из диаграмм приведена на рисунке 4.5. На рисунке видно,
что синусоида содержит искажения.
129
Рисунок 4.5 – Форма кривой напряжения на шинах ГРЩ
Полученные
сохранены
с
осциллографа
в другом
данные
были
конвертированы
формате данных. После этого
и
данные были
экспортированы в программу matlab для анализа степени искажения формы
кривой напряжения. Анализ степени искажения формы кривой напряжения
производился средствами FFT Analysis Toolbox. Данный блок позволяет
производить разложения формы кривой тока и напряжения согласно
преобразованиям
используется
Фурье.
формула
Для
быстрого
получения
гармонического
преобразования
Фурье.
спектра
Результаты
разложения формы кривой напряжения на шинах ГРЩ приведен на
рисунке 4.6
130
Рисунок 4.6 – Гармонический спектр формы кривой напряжения на ГРЩ
морского буксира судна 745 проекта
Из диаграммы, приведенной на рисунке 4.6, следует, что форма
напряжения при параллельно работающих дизель-генераторах близка к
синусоидальной, однако в ней присутствуют нечетные гармоники кратные
трем
и
гармоники
обусловленные
влиянием
полупроводниковым
коммутатором. Наличие в сети гармоник кратных трем может быть
обусловлено несимметрией обмоток генератора. Как видно из графиков
влияние преобразователя частоты выполненного по 12-ти пульсной схеме в
случае потребления малой мощности достаточно мало в виду малой
мощности искажений и малого сопротивления обмоток статора синхронного
генератора.
С целью определения влияния искаженной формы кривой тока на
искажение формы кривой напряжения при нагрузке соответствующей 70%
заданию на скорость вращения были получены осциллограммы напряжения
на шинах ГРЩ приведенные на рисунке 4.7.
131
Рисунок 4.7 – Форма кривой напряжения на шинах ГРЩ морского буксира
проекта 745 при нагрузке на привод, близкой к номинальной
Из графика формы кривой напряжения также видно, что форма
напряжения также искажена. Для оценки степени искажения формы кривой
напряжения данные, полученные в ходе эксперимента, были конвертированы
в формат данных пригодный для гармонического анализа в программном
пакете matlab. Результаты гармонического анализа приведены на рисунке 4.8.
132
Рисунок 4.8 – Гармонический спектр формы кривой напряжения на ГРЩ
морского буксира судна 745 проекта, соответствующей 70% заданию на
скорость вращения гребной электроустановки
Из диаграмм, приведенных на рисунке 4.8 видно, что при нагрузке
близкой к номинальной форма напряжения на шинах ГРЩ ухудшилась в
сравнении с низкой нагрузкой, однако уровень искажений по-прежнему
небольшой. Форма напряжения удовлетворяет условиям на качество
электрической энергии. Спектр искажений практически повторяет спектр при
измерении формы искажений при низкой скорости вращения привода.
Основную часть искажений вносит 3-я гармоника.
В результате поставленных экспериментов был сделан вывод о том, что
внутреннее сопротивление системы электроснабжения достаточно низкое и
форма тока потребляемая преобразователем частоты не приводила к сильным
искажениям формы кривой напряжения. Вместе с тем, основным режимом
работы системы электродвижения является режим «эконом хода». Данный
режим предназначен для передвижения судна на большие расстояния. В этом
режиме работы запущен только один из главных дизель-генераторов.
133
В данном режиме работы
скорость
вращения
привода
задается таким образом, чтобы соответствовать 90% мощности дизельгенератора, поскольку таким образом достигается наибольший КПД системы
электродвижения.
Для
оценки
влияния
уровня
искажений
формы
напряжений при режиме работы «эконом ход» было произведено измерение
формы кривой напряжения. Средствами анализатора качества электрической
энергии было произведено разложение формы кривой напряжения в ряд
Фурье. Результаты разложения приведены на рисунке 4.9.
Рисунок 4.9 – Гармонический спектр формы кривой напряжения на ГРЩ
морского буксира судна 745 проекта, соответствующей режиму «Эконом
хода»
Как видно из диаграммы приведенной на рисунке 4.9 форма
напряжения при работе одного дизель-генератора влияние оказываемое
преобразователем частоты намного больше. На диаграмме видно, что
основные искажения вносятся 11 и 13 гармониками – каноническими для 12ти пульсной схемы выпрямления. При проведении измерений мощность
привода составляла 80% от номинальной мощности дизель-генератора.
Условия произведения были обусловлены навигационной обстановкой и
134
произвести
измерения
при
полностью нагруженных дизель-
генераторе не удалось. Очевидно, что уровень искажения формы кривой
напряжения при этом будет больше.
При измерении уровня искажения формы кривой напряжения в режиме
работы судна «эконом ход» уровень искажения формы кривой напряжения
был достаточно велик и приблизился к предельно допустимому по ГОСТ на
качество электрической энергии уровню.
4.4 Выводы к главе 4
В данной главе были описаны эксперименты, произведенные на сети
автономного электроснабжения морского буксира проекта 745. В результате
проведенных экспериментов удалось зафиксировать влияние 12-ти пульсной
схемы выпрямления на сеть автономного электроснабжения. Результатом
искажений формы кривой тока являлось искажение формы кривой
напряжения на распределительных шинах. Было показано, что величина
вносимых искажений зависит от структуры схемы электроснабжения и от
нагрузки привода.
Так же были проведены эксперименты по оценке отклонения частоты в
сети автономного электроснабжения при резком изменении задания на
скорость вращения привода. Результаты показали, что при резком изменении
нагрузки происходит отклонение частоты от нормированного значения.
Величина данных отклонений существенно превосходит нормируемые
ГОСТом на качество электрической энергии значения. При проведении
эксперимента с резких изменением нагрузки на привод было выявлено
влияние изменения момента нагрузки на отклонение частоты в питающей
сети как и в эксперименте с изменением задания на скорость вращения
привода.
С целью ограничения влияния привода на частоту сети был разработан
и реализован задатчик интенсивности, учитывающий особенности нагрузки
привода и автономного источника электрической энергии. При повторном
135
проведении экспериментов было
выявлено
снижение
влияния
привода на качество электрической энергии при сохранении маневровых
возможностей судна.
136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является законченной научно-квалификационной работой,
в которой содержится научно-обоснованное решение актуальной научнотехнической задачи повышения энергоэффектиности электроприводов в
условиях работы в системах с автономным источником электрической
энергии путем создания и применения систем электропривода, структура
которого содержит активный выпрямитель.
Основные
результаты
диссертационной
работы
заключаются
в
следующем:
1.
в
результате
математического
моделирования
и
экспериментальных исследований были сделаны выводы о влиянии
частотно-регулируемого привода мощностью, соизмеримой с мощностью
автономного
источника,
на
сеть
автономного
электроснабжения.
Электропривод является причиной искажения формы кривой напряжения.
Резкое изменение мощности, потребляемой приводом переменного тока,
приводит к отклонению частоты и напряжения в сети на значения
превышающие пределы, установленные ГОСТ на качество электрической
энергии;
2.
предложены методы, позволяющие снизить влияние частотно-
регулируемого привода на частоту и напряжение сети автономного
электроснабжения.
Математическое
моделирование
сети
автономного
электроснабжения с электроприводом соизмеримой мощности показало
эффективность метода дискретного ограничения скорости изменения тока
преобразователя
по
частоте
сети.
Результаты
экспериментального
исследования показали эффективность предложенного модифицированного
задатчика интенсивности;
3.
результаты математического моделирования показали снижение
влияние на сеть автономного электроснабжения частотно-регулируемого
привода при использовании в составе преобразователя частоты активного
137
выпрямителя.
В
результате
сравнения
энергетической
эффективности различных топологий электропривода переменного тока, при
работе от автономного источника электрической энергии, были сделаны
выводы о целесообразности использования преобразователя частоты с
активным выпрямителем.
.
138
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Абрамович, Б.Н.
Электроснабжение
нефтегазовых
предприятий:
Учебное пособие /Б.Н. Абрамович, Ю.А. Сычев, Д.А. Устинов // СанктПетербургский государственный горный институт. СПб. - 2008. – С. 81.
2.
Безносенко, Д.М. Математическая модель системы прямого управления
моментом
частотно-регулируемого асинхронного электропривода
Д.М. Безносенко,
А.Е. Козярук,
В.В. Рудаков
//
Известия
/
ВУЗов
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. - 2004. - т.47. - №11. – С. 16-23.
3.
Бессонов, JI.А. Теоретические основы электротехники/ Л.А. Бессонов//
М.: ВШ. - 1973. – С. 638.
4.
Виссарионов, В.И. Учебное пособие для вузов, Солнечная энергетика /
В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова // М., МЭИ - 2008 – С. 317.
5.
Виссарионов, В.И
Солнечная
энергетика
/
В.И. Виссарионов,
Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К. Малинин // М., МЭИ. - 2011 – С. 276.
6.
Виссарионов, В.И. Методическое пособие по курсовому и дипломному
проектированию по специальностям «Нетрадиционные и возобновляемые
источники
энергии»
характеристики
и
солнечной
энергоустановок
«Гидроэнергетика».
энергетики
(справочные
на
Технико-экономические
основе
материалы)
/
фотоэлектрических
В.И. Виссарионов,
Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, В.В. Бояркин, Н.К. Малинин // М., МЭИ. 1996 - 52с.
7.
Воронин, П.А.
Силовые
полупроводниковые
ключи:
семейства,
характеристики, применение / П.А. Воронин //М.: Издательский дом ДодэкаXXI. - 2001. – С. 196.
8.
Данилов, И.А., Общая электротехника с основами электроники:
Учеб. Пособие для ВТУЗов /И.А. Данилов, П.М. Иванов // М.: Высш. шк. 1998 - 3-е изд. – С. 495.
139
9.
Гальперин, М.В.
Автоматическое
управление:
Учебник / М.В. Гальперин // М.: ФОРУМ: ИНФРА-М. - 2004.- С. 224.
10.
Герман-Галкин, С.Г. Исследование активного выпрямителя в пакете
SIM
POWER
SYSTEM/
С.Г. Герман-Галкин
ВУЗов
//Известия
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. - 2004. -Т.47. -№11. – С. 64-67.
11.
Герман-Галкин,
С.Г.
Компьютерное
моделирование
полупроводниковых систем в MATLAB6.0: Учебное пособие / С.Г. ГерманГалкин // СПб.: КОРОНА принт. - 2001. – С. 320.
12.
Герман-Галкин, С.Г. Matlab&Simulink. Проектирование мехатронных
систем на ПК / С.Г. Герман-Галкин // СПб.: КОРОНА-Век. - 2008. – С. 368
13.
ГОСТ 13109-97
совместимость.
Электрическая
Нормы
качества
энергия.
электрической
Электромагнитная
энергии
в
системах
электроснабжения общего назначения-М.: Госстандарт. - 1998. – С. 52.
14.
ГОСТ Р
54149-2010
Электрическая
энергия.
Совместимость
технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической
энергии
в
системах
электроснабжения
общего
назначения-М.:
Стандартинформ. - 2012. – С. 20.
15.
Грабовецкий, Г.В. Применение переключающих функций для анализа
электромагнитных процессов в силовых цепях вентильных преобразователей
частоты / Г.В. Грабовецкий // Электричество. - 1975. - №2. – С. 42-46.
16.
Грабовецкий, Г.В. О
построении замкнутых
(следящих)
систем
управления многофазными ПЧНС / С.Г. Герман-Галкин, Г.С. Зиновьев,
Б.А. Сташишин // Устройства преобразовательной техники, Киев: АН УССР.
- 1969. - вып.1. – С. 144-151.
17.
Егоров, А.И.
Обыкновенные
дифференциальные
уравнения
с
приложениями / А.И. Егоров // М.: Физматлит. - 2003. – С. 384.
18.
Ефимов,
А.А.
Активные
преобразователи
в
регулируемых
электроприводах переменного тока / А.А. Ефимов, Р.Т. Шрейнер // Изд-во
НГТИ. - Новоуральск. - 2001. – С. 412.
19.
Зиновьев, Г.С. Вентильные компенсаторы реактивной мощности,
140
мощности искажений и мощности
базе инвертора напряжения
/
несимметрии
Г.С. Зиновьев
//
на
Современные
задачи
преобразовательной техники, Киев: ИЭД АН УССР. -1975. - изд. 2-е. –
С. 247-253.
20.
Зиновьев, Г.С. Основы силовой электроники / Г.С. Зиновьев //
Новосибирск: НГТУ. - 2003. – изд. 2-е. – С. 199.
21.
Зиновьев, Г.С. Прямые методы расчета энергетических показателей
вентильных преобразователей / Г.С. Зиновьев // Новосибирск: Изд-во
Новосибирского Университета. - 1990. – С. 219.
22.
Изосимов, Д.Б. Алгоритмы векторной широтно-импульсной модуляции
трѐхфазного
автономного
инвертора
напряжения
/
Д.Б. Изосимов,
С.В. Байда// Электротехника. -2004. - №4. – С. 21-31.
23.
Изосимов, Д.Б. Симплексные алгоритмы управления трѐхфазным
автономным инвертором напряжения с ШИМ /Д.Б. Изосимов, С.Е. Рыбкин,
С.В. Шевцов // Электротехника. - 1993. - №12. – С. 14-20.
24.
Климов, В.П.
Способы
подавления
гармоник
тока
в
системах
электропитания / В.П. Климов, А.Д. Москалев //Практическая силовая
электроника. - 2002. - №6. – С. 21.
25.
Ключев, В.И. Теория электропривода: Учеб. Для вузов. 2-е изд.
Перераб. И доп./ В.И. Ключев // - М.: Энергоатомиздат. - 2001. – С. 560.
26.
Круг, К.А. Основы электротехники / К.А. Круг // М.- Ленинград-
М.: Государственное энергетическое издательство. - 1946. -Т2. – С. 636.
27.
Мелешин, В.И.
Транзисторная
преобразовательная
техника
/
В.И. Мелешин // М: Техносфера. - 2005. – С. 632.
28.
Мирошник, И.В. Теория автоматического управления. Нелинейные и
оптимальные системы / И.В. Мирошник // СПб.: Питер. 2006. – С. 336.
29.
Овчинников, Д.А. Пассивные корректоры коэффициента мощности /
Д.А. Овчинников,
М.Ю. Кастров,
А.В. Лукин,
Г.М. Малышков,
А.А. Герасимов // Практическая силовая электроника. - 2003. - №9. – С. 1215.
141
30.
Овчинников, Д.А.
Трѐхфазный
выпрямитель
с
корректором коэффициента мощности / Д.А. Овчинников, М.Ю. Кастров,
А.В. Лукин, Г.М. Малышков, А.А. Герасимов // Практическая силовая
электроника. - 2002. - №6. – С. 8-15.
31.
Зевеке, Г.В. Основы теории цепей / Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин,
А.В. Нетушило, С.В. Страхов// М. Л.: Энергия. - 1965. – С. 752.
32.
Поляк, Б.Т. Робастная устойчивость и управление / Б.Т. Поляк,
П.С. Щербаков // М.: Наука. - 2002. – С. 303.
33.
Попков, О.З.
Основы
преобразовательной
техники.
Автономные
преобразователи/ О.З. Попков //М.: МЭИ. - 2003. – С. 200.
34.
Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/ Ю.К. Розанов,
М.В. Рябчинский, А.А. Кваснюк// М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – С. 632.
35.
Руденко, B.C. Основы преобразовательной техники: Учебник для
ВУЗов / B.C. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко // М.: Высш. Школа. 1980. – С. 424.
36.
Соседка, B.JI. Современная теория управления / В.Л. Соседка //М.:
Наука. - 2006. – С. 243.
37.
Степанов, В.В. Курс дифференциальных уравнений. / В.В. Степанов
//M.-JL: ГОНТИ. -1939. – С. 473.
38.
Терехов, В.М., Системы управления электроприводов: Учебник для
вузов / В.М. Терехов, О.И. Осипов // М.: Издательский центр «Академия». 2005. – С. 300.
39.
Толстов, Ю.Г.
Теория
линейных
электрических
цепей
/
Ю.Г. Толстов //М.: Высш. школа. -1978. – С. 141.
40.
Уильямс, Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление /
Б. Уильямс // Справочное пособие. Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат. - 1993.
– С. 214.
41.
Цыпкин, Я. 3. Основы теории автоматических систем /Я. 3. Цыпкин,//
М.: Наука. - 1977. – С. 293.
42.
Чаплыгин, Е.Е. Инверторы напряжения и их спектральные модели/
142
Е.Е. Чаплыгин //М.: Изд-во МЭИ.
43.
- 2003. – С. 64.
Чаплыгин, Е.Е. Вопросы управления вентильными компенсаторами
пассивной мгновенной мощности / Е.Е. Чаплыгин // Электричество. - 1995. №11. – С. 56-60.
44.
Чаплыгин, Е.Е.
Виенна-выпрямитель
корректор
-трехфазный
коэффициента мощности / Е.Е. Чаплыгин, Во МиньТьинь, НгуенХоанг Ан//
Силовая электроника. - 2006. - №1. – С. 20-23.
45.
Чаплыгин, Е.Е.
Корректирующие
обратные
связи
в
автономных инверторах напряжения / Е.Е. Чаплыгин// Известия ВУЗов.
Электромеханика. - 1981. - №6. – С. 18-24.
46.
Чаплыгин, Е.Е.
напряжения
с
Спектральные
модели
широтно-импульсной
автономных
модуляцией
инверторов
/Е.Е. Чаплыгин,
Д.В. Малышев // Электричество. - 1999. -№8. – С. 15-19.
47.
Чаплыгин, Е.Е. Несимметричные режимы трѐхфазного преобразователя
с коррекцией коэффициента мощности / Е.Е. Чаплыгин// Электричество. 2005. - №9. – С. 55-63.
48.
Чаплыгин Е.Е. Спектральные модели импульсных преобразователей с
переменной частотой коммутации / Е.Е. Чаплыгин, НгуенХоанг Ан //
Электричество. - 2006. - № 4. – С. 39-46.
49.
Чаплыгин, Е.Е.
Двухквадрантные
преобразователи
с
активной
коррекцией коэффициента мощности / Е.Е. Чаплыгин, А.Е. Стекленев//
Практическая силовая электроника. - 2003. - №10. – С. 9-16.
50.
Шрейнер, Р.Т.
Математическое
моделирование
электроприводов
переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. /
Р.Т. Шрейнер // Екатеринбург: УРО РАН. - 2000. – С. 273.
51.
Шрейнер, Р.Т.
Активный
фильтр
как
новый
элемент
энергосберегающих систем электропривода / Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов//
Электричество. - 2000. - №3. – С. 46-54.
52.
Шрейнер, Р.Т.
Прогнозирующее
активным выпрямителем напряжения
релейно-векторное
/
Р.Т. Шрейнер,
управление
А.А. Ефимов,
143
Г.С. Зиновьев // Электротехника.53.
2001.-№12. – С. 47-52.
Юревич, Е.И. Теория автоматического управления / Е.И. Юревич //
СПб.: БХВ-Петербург. - 2007. – С. 364.
54.
Antobiewitcz, Р. Predictivedirectpowercontrolofthree-phaseboostrectifier /
P. Antobiewitcz, М.Р Kazmierokowski // Bulletin of the polish academy о
sciences. -2006. - vol.54. - №3. - pp.35-41.
55.
Singh, B. A Review of Three-Phase Improved Power Quality AC-DC
Converters / B. Singh, A. Chandra, K. Al-Haddad, A. Pandey //IEEE Transactions
on Industrial Electronics. - 2004. - vol. 51. - №3. - pp.641-660.
56.
Bhowmik, S. Sensorless current control for active rectifiers / S. Bhowmik,
A. Van Zul, R. Spee, J.H.R. Enslin // IEEE-IAS Conf. - 1996. - pp.898-905.
57.
Barrass,
P.
PWM
rectifier
using
indirect
voltage
sensing
/P. Barrass,M. Cade // IEE Proc. -Electr. Power Appl. – 1999. - vol. 146. - №5. pp.539-544.
58.
Bose, B. Expert system, fuzzy logic and neural network applications in
power electronics and motion control / B. Bose// Proceedings of the IEEE. - 1994.
- vol.82. - №8. - pp. 1303-1325.
59.
Chen, C.L. A novel simplified space-vector-modulated control scheme for
three-phase switch-mode rectifier / C.L. Chen, C.-M. Lee, R.-J. Tu, G.-K. Horng//
IEEE Trans. Ind. Electron. – 1999. - vol. 46. -pp.512-516.
60.
Dixon, J.W. Three-Phase Controlled Rectifiers. Handbook of Power
Electronics / J.W. Dixon // Academic Press. - 2001. - pp. 599-627.
61.
Dufour, C. Advances in Real-Time Simulation of Fuel Cell Hybrid Electric
Vehicles /C. Dufour, J. Belanger, T. Ishikawa, K. Uemura// Proceedings of 21st
Electric Vehicle Symposium (EVS-21). Monte Carlo, Monaco. -2005. - pp.349358.
62.
Harakawa,M. RealTime Simulation of a Complete PMSM Drive at 10 is
Time Step / M. Harakawa, H. Yamasaki, T. Nagano, S. Abourida, C. Dufour, J.
Belanger // Proceedings of the 2005 International Power Electronics Conference.
Niigata (IPEC-Niigata). -2005. - pp.1-9.
144
63.
Holtz,
J.
Pulsewidth
Modulation for Electronic Power
Conversion /J. Holtz // Proc. of the IEEE. - 1994. - vol.82. - №8. - pp.194-1213.
64.
Hung, N. Performance Improvement of Direct-Power-Controlled PWM
Converter/ N. Hung,T. Noguchi // IEEJ Trans, on Ind. Appl. - 1998.- vol 119-D. №2. - pp.232-239.
65.
IEC 60050-551. Международныйэлектротехническийсловарь ("IEV"). -
pp.178.
66.
Iuliano, G. Voltage quality control in a industrial system by means of a
three-phase four-wire boost rectifier / G. Iuliano, A.L. Schiavo,P. Marino,
A. Testa// Proc. IEEE ICHQP'98.- 1998. - pp.107-113.
67.
Kloenne, A., Fuchs Multivariable PI Control with Feedforward Control for a
Current Source Converter / A. Kloenne// IEEE Nordic Workshop on Power and
Industrial Electronics (NORpie/2000). - 2000. - pp.1-4.
68.
Ledin, J. Single Modeling Environment for Constructing High-fidelity Plant
and Controller Models / J. Ledin,M. Dickens, J. Sharp // American Institute of
Aeronautics and Astronautics. Inc. - 2003. - pp.1-11.
69.
Malinowski, M. Sensorless Control Strategies for Three-Phase PWM
Rectifiers. /M. Malinowski//Ph.D. Thesis. Warsaw. - 2001. - pp.1-128.
70.
Mao, H. Novel reduced-order smallsignal model of a three-phase PWM
rectifier and its application in control design and system analysis/H. Mao,
D. Boroyevich, F.C. Lee // IEEE Trans. Power Electron. - 1998.- vol. 13. - pp.511531.
71.
Mihoub, Y. Robustness Test of PI, Fuzzi and Neuro-fuzzy Speed Induction
Motor Controller / Y. Mihoub, B. Mazari, S. Hassaine// UPEC. - 2005. - pp.1-7.
72.
Mihoub, Y. Neuro-fuzzy controller architecture used to control a DC motor
with a time varying load /Y. Mihoub, B. Mazari, M. Heniche // UPEC. - 2000. pp.1-5
73.
Milijana, O. PWM Boost Type Converter Connected to the Grid /
O. Milijana, S. Sladic, Z. Jakopovic // UPEC. - 2004. - pp.1-17.
74.
Min, B.D. SVM-based hysteresis current controller for three-phase PWM
145
rectifier /B.D. Min, J.-H. Youm, B.-
H. Kwon
//
Proc.
IEE—Elect.
Power Applicat.- 1999. - vol. 146. -pp.225-230.
75.
Noguchi,Т. Instanteneous Active and Reactive Power Control of PWM
Converter
Using
Switching
Table
/
Т. Noguchi,
H. Tomiki,
S. Kondo,
I. Takanashi, I. Katsumata // IEEJ Trans, on Ind. Appl., - 1996, - vol 116-D. - №2.
- pp.222-223.
76.
Ochnishi, T. Three-phase PWM converter/inverter by means of instantenous
active and reactive power control /T. Ochnishi// Proc. IEEE IECON'91. - 1991. pp. 819-824.
77.
Ohnuki,Т. A three-phase PWM rectifier without voltage sensors /Т. Ohnuki,
O. Miyashida, P. Lataire, G. Naggeto // EPE Conf., Trondheim. - 1997. - pp.28812886.
78.
Pena, R. S. Asher Control strategies for voltage control of a boost type
PWM converter/ R.S. Pena, R.J. Cardenas, J.C. Clare, G.M. Asher // Proc. IEEE
PESC'01. - 2001. -pp.730-735.
79.
Rodriguez, J. PWM Regenerative Rectifiers: State of the Art / J. Rodriguez,
J. Dixon, J. Espinoza, P. Lezana // IEEE Transactions on Power Electronics. 2003. -vol. 18. - N3. -pp.833-850.
80.
Roux, A.D. Integrated active rectifier and power quality compensator
/A.D. Roux and J.H. Enslin // Proc. IEEE ICHQP '98. - 1998. - pp.337-341.
81.
Silva, J.F. Sliding-mode control of boost-type unity-power-factor PWM
rectifiers /J.F. Silva //IEEE Trans. Ind. Electron. - 1999. -vol. 46. - pp.594-603.
82.
Tsai, M.T. Analysis and design of three-phase AC-to-DC converters with
high power factor and near-optimum feedforward/M.T. Tsai, W.I. Tsai // IEEE
Trans. Ind. Electron.- 1999. - vol. 46.- pp.535-543.
83.
Verdelho, P. DC voltage control and stability analysis of PWM-voltage-type
reversible rectifiers /P. Verdelho, G.D. Marques // IEEE Trans. Ind. Electron. 1998. -vol. 45. -pp.263-273.
84. VisSim/Embedded Controls Developer User's Guide Version 6.0. - First
Edition. - //Westford USA: Visual Solutions Inc. - 2005. - pp.1-224.
146
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Текст программы регулирования задачи частоты:
#include<sstream>
#include<iomanip>
#include<Exceptions.h>
#include<Debug.h>
#include<ObjectsManager.h>
#include"MB745Configuration.h"
#include"GEUControl.h"
#include"GEU.h"
//----------------------------------------------------------------------------------------usingnamespacestd;
usingnamespaceMB745;
usingnamespaceUniSetTypes;
//----------------------------------------------------------------------------------------GEUControl::GEUControl(UniSetTypes::ObjectIdid,xmlNode*confn
ode):
GEUControl_SK(id,confnode),
geu(0),
panel(0)
{
UniXML_iteratorit(confnode);
xmlNode*pnode=conf->findNode(confnode,"cpanels");
if(!pnode)
throwSystemError(myname+":notfound<cpanels>");
RPMnom=it.getPIntProp("RPMnom",210);
intpanel_timeout_msec=conf->getArgPInt("--paneltimeout",it.getProp("PanelTimeout"),6000);
scPanelTimeout.run(panel_timeout_msec);
filterSize1=conf->getArgPInt("--filtersize1",it.getProp("filterSize1"),75);
filterSize2=conf->getArgPInt("--filtersize2",it.getProp("filterSize2"),75);
filterLimit=conf->getArgPInt("--filterlimit",it.getProp("filterLimit"),75);
if(filterLimit<0)filterLimit=0;
averageRPM=0;
UniXML_iteratorpit(pnode);
if(!pit.goChildren())
throwSystemError(myname+":emptylist<cpanels>");
for(;pit.getCurrent();pit.goNext())
147
{
ProxyCPanel*pp=newProxyCPanel(pit);
plist.push_back(pp);
}
stringgname(it.getProp("geu"));
geu=newGEU(gname,this,UniSetTypes::conf->getNode(gname));
addManager(static_cast<ObjectsManager*>(geu));
}
//----------------------------------------------------------------------------------------GEUControl::~GEUControl()
{
for(CPanelList::iteratorit=plist.begin();it!=plist.end();+
+it)
delete(*it);
deletegeu;
}
//----------------------------------------------------------------------------------------GEUControl::GEUControl():
GEUControl_SK(DefaultObjectId,NULL)
{
dlog[Debug::CRIT]<<myname<<":initfailed!!!!!!!!!!!!!!!"<<e
ndl;
throwException(string(myname+":initfailed!!!"));
}
//----------------------------------------------------------------------------------------voidGEUControl::processingMessage(UniSetTypes::VoidMessage*m
sg)
{
GEUControl_SK::processingMessage(msg);
try
{
switch(msg->type)
{
caseMB745Message::GEUInfo:
{
GEUMessagetm(msg);
geuInfo(&tm);
break;
}
default:
break;
}
}
catch(Exception&ex)
{
148
dlog[Debug::CRIT]<<myname<<"(processingMessage):"<<ex<<end
l;
}
}
//----------------------------------------------------------------------------------------voidGEUControl::sensorInfo(SensorMessage*sm)
{
if(sm->id==LocalPost_s)
{
if(sm->state&&dlog.debugging(Debug::INFO))
dlog[Debug::INFO]<<myname<<"(sensorInfo):selectlocalpost..
."<<endl;
panel=0;
return;
}
ProxyCPanel*pwork=0;
intpnum=0;
for(CPanelList::iteratorit=plist.begin();it!=plist.end();+
+it)
{
(*it)->sensorInfo(sm);
if((*it)->in_onControl)
{
pwork=(*it);
pnum++;
}
}
ProxyCPanel*prevPanel=panel;
panel=(pnum!=1)?0:pwork;
if(panel&&!in_LocalPost_s&&prevPanel!=panel)
{
if(conn)
conn.disconnect();
conn=panel>signal_change_state().connect(sigc::mem_fun(*this,&GEUControl::
panelInfo));
if(dlog.debugging(Debug::INFO))
dlog[Debug::INFO]<<myname<<"(sensorInfo):selectidPanel="<<
panel->idPanel<<endl;
try
{
setValue(idPost_f,panel->idPanel);
setState(On_f,panel->in_On);
149
setState(Off_f,panel>in_Off);
setValue(setRPM_f,percent2RPM(panel>in_setRPM));
setValue(setRPM_percent_f,panel->in_setRPM);
setState(Reset_f,panel->in_Reset);
setState(ProtectionOff_f,panel>in_ProtectionOff);
}
catch(Exception&ex)
{
dlog[Debug::CRIT]<<myname<<"(sensorInfo):"<<ex<<endl;
throw;
}
}
elseif(panel&&!in_LocalPost_s&&prevPanel==panel)
{
//dlog[Debug::INFO]<<myname<<"(sensorInfo):idPanel="<<pane
l->idPanel<<endl;
}
elseif(dlog.debugging(Debug::INFO))
dlog[Debug::INFO]<<myname<<"(sensorInfo):controlpanelOFF..
."<<endl;
}
//----------------------------------------------------------------------------------------voidGEUControl::geuInfo(MB745::GEUMessage*sm)
{
switch(sm->evnt)
{
caseGEUMessage::Protection:
break;
caseGEUMessage::ChangeMode:
break;
default:
dlog[Debug::CRIT]<<myname<<"(geuInfo):unknownevnt="<<sm>evnt<<endl;
break;
}
}
//----------------------------------------------------------------------------------------voidGEUControl::panelInfo(UniSetTypes::SensorMessage*sm)
{
if(panel)
step();
150
}
//----------------------------------------------------------------------------------------std::ostream&operator<<(std::ostream&os,GEUControl&s)
{
returnos<<s.myname;
}
std::ostream&operator<<(std::ostream&os,GEUControl*s)
{
returnos<<s->myname;
}
//----------------------------------------------------------------------------------------voidGEUControl::step()
{
scPanelTimeout.rotate(!panel);
if(panel&&!in_LocalPost_s)
{
out_On_f
=panel->in_On;
out_Off_f
=panel->in_Off;
out_setRPM_f=rpmFiltering(percent2RPM(panel->in_setRPM));
//out_setRPM_f=rpmFiltering(panel->in_setRPM);
out_setRPM_percent_f=panel->in_setRPM;
out_Reset_f
=panel->in_Reset;
out_ProtectionOff_f=panel->in_ProtectionOff;
out_idPost_f =panel->idPanel;
}
elseif(in_LocalPost_s||scPanelTimeout.check())
{
out_On_f
=false;
out_Off_f
=false;
out_setRPM_f =0;
out_setRPM_percent_f=0;
out_Reset_f
=false;
out_ProtectionOff_f=false;
out_idPost_f=0;
}
if(geu)
out_indRPM_percent_c=rpm2Percent(in_RPM_as);
else
out_indRPM_percent_c=0;
}
//----------------------------------------------------------------------------------------voidGEUControl::askSensors(UniversalIO::UIOCommandcmd)
{
GEUControl_SK::askSensors(cmd);
151
for(CPanelList::iteratorit=plist.begin();it!=plist.end();+
+it)
{
try
{
(*it)->askSensors(cmd,&ui);
}
catch(Exception&ex)
{
dlog[Debug::CRIT]<<myname<<"(askSensors):"<<ex<<endl;
}
}
}
//----------------------------------------------------------------------------------------longGEUControl::rpmFiltering(constlongrpm)
{
//#if0returnrpm;
if((abs(rpm)-abs(averageRPM))<0)
{
averageRPM=rpm;
returnrpm;
}
else
{
if((rpm>filterLimit)||(rpm<(filterLimit*(-1))))
{
if(filterSize2<=0)returnrpm;
else
{
averageRPM=averageRPM+((rpmaverageRPM)/(filterSize2));
returnlroundf(averageRPM);
}
}
else
{
if(filterSize1<=0)returnrpm;
else
{
averageRPM=averageRPM+((rpmaverageRPM)/(filterSize1));
returnroundf(averageRPM);
}
}
}
}