CC BY
105
2013 Электротехника, информационные технологии, системы управления № 8 УДК 621.316.176
О.А. Билоус, Э.Б. Сагизов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Пермь, Россия
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАБОТЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ НА СЕТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
При проектировании электроснабжения скиповых подъёмных машин возникает задача компенсации потребляемой ими реактивной мощности, в частности, проблема генерации ими в питающую сеть высших гармоник тока. С помощью приложения Simulink программы Matlab исследована модель электропривода скипового подъёма шахтной подъёмной машины ствола, а также модель реверсивного тиристорного преобразователя в ремонтном режиме. Анализ динамических режимов электропривода показывает, что применение статической компенсации приведет к смещению графиков потребления реактивной мощности и, как следствие, к смещению графика колебания напряжения с сохранением общего размаха. Таким образом, основным методом снижения провалов напряжения при работе оборудования скиповых подъёмных машин является динамическая компенсация потребляемой реактивной мощности.
Ключевые слова: модель электропривода шахтной подъёмной машины, режимы работы непосредственного преобразователя частоты, статическая и динамическая компенсация реактивной мощности, коэффициент мощности.
O.A. Bilous, E.B. Sagizov
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
MATHEMATICAL MODELLING OF A DIRECT FREQUENCY CONVERTER OPERATION INFLUENCE ON POWER SUPPLY NETWORK
The designers of skip winders power supply have a problem of consumed reactive power compensation, particularly dealing with generation of highest current harmonics into the power supply network. Simulink application of Matlab software suite was used to analyze a model of mine skip winder electric drive, and a model of reverse thyristor converter in repair mode. Analysis of dynamic modes of electric drive modes demonstrates that the use of static compensation will lead to shift of active power usage graphs and consequently to shift of voltage oscillation graphs while keeping the general amplitude. Thus the main method of voltage drop reduce in skip winders operation is the dynamic compensation of consumed reactive power.
Keywords: model of mine skip winder electric drive, working mode of direct frequency converter, static and dynamic compensation of reactive power, power coefficient.
На основании однолинейной схемы электрооборудования, системы управления и контроля для скиповой подъемной установки ствола рудника БКПРУ-2 ОАО «Уралкалий», технических данных устройств с помощью приложения Simulink программы MatLab были разработаны модель электропривода скипового подъёма шахтной подъёмной машины ствола № 1, а также модель реверсивного тири-сторного преобразователя.
Рис. 1. Временные диаграммы линейных напряжений и токов НПЧ при частоте 0,5 Гц
С помощью модели были исследованы режимы работы преобразователя частоты с непосредственной связью и его влияние на сеть электроснабжения. На рис. 1 приведены выборочные временные диаграммы потребляемых фазных токов и напряжений при частоте выходного тока 0,5 Гц для 12-пульсной схемы. Спектрограммы потребляемого тока приведены на рис. 2.
На основании проведенного моделирования можно отметить, что привод, использующий тиристорный преобразователь частоты с непосредственной связью сети с нагрузкой, генерирует в систему электроснабжения широкий спектр гармоник, в том числе неканонических. Максимумы по гармоническому составу приходятся на гармоники, характерные для 12-пульсной схемы выпрямления (11, 13, 23, 25 и т.д.).
Рис. 2. Ток фазы А, спектр тока фазы А
В ремонтном режиме схема привода скипового подъема предусматривает работу от одного силового трансформатора по 6-пульсной схеме. Модель для данного варианта представлена на рис. 3.
Рис. 3. Модель привода в ремонтном режиме
Временные диаграммы потребляемых токов и напряжений при работе преобразователя в 6-пульсном режиме приведены на рис. 4. Спектрограммы токов приведены на рис. 5. При работе в 6-пульсном режиме уровни гармоник тока выше, чем в 12-пульсном. Так как электропривод может длительно работать в режиме с одной группой преобразователей, фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ должно быть рассчитано на возможность работы в данном режиме.
Рис. 4. Временные диаграммы потребляемых токов и напряжений при работе преобразователя в 6-пульсном режиме
Рис. 5. Ток фазы С и его спектр в 6-пульсном режиме работы преобразователя
Временные диаграммы линейных токов, потребляемых преобразователем при работе подъёма, приведены на рис. 6, максимальные значения действующего значения потребляемых токов при пуске достигают 990 А.
О 50 100 150 200 250 300 350 400
-1а -1Ь -1с
Рис. 6. Временные диаграммы потребляемых токов в цикле работы привода подъёма
Изменение величины напряжения на шинах распределительной подстанции РП-2 представлено на рис. 7. Действующие значения напряжения достигают 6083 В (101,4 % иИ) в максимуме и 5575 В
— Uab — Übe — Uca
Рис. 7. Временные диаграммы изменения линейных напряжений на шинах РП при работе скипового подъёма
На рис. 8 приведены временные диаграммы изменения мощностей для одной фазы питающей линии привода скипового подъема (знак минус реактивной мощности соответствует индуктивному характеру). На рис. 9 показано изменение коэффициента мощности.
Рис. 8. Временные диаграммы изменения потребления активной, реактивной и полной мощности (на одну фазу) на шинах РП при работе скипового подъёма
Рис. 9. Временные диаграммы изменения коэффициента мощности на шинах РП при работе скипового подъёма
6-tOD 6300 е?оо бюо 5000 5500 SBOO 5700 5GOO
— Без компенсации — -С статической компенсацией — С динамически компенсацией
Рис. 10. Временные диаграммы изменения падения напряжения на секции шин без компенсации, со статической и динамической компенсацией
Как следует из приведенных диаграмм, работа привода характеризуется значительным потреблением реактивной мощности, в максимуме до 3 МВАр на одну фазу (9 МВАр на весь привод). Данная нагрузка является резкопеременной. Применение статической компенсации приведет к смещению графиков потребления реактивной мощности и, как следствие, к смещению графика колебания напряжения с сохранением общего размаха (рис. 10), уровень статической компенсации 4,8 МВАр, т.е. вызываемые электроприводом колебания напряжения на секциях РП-2 останутся неизменными. Таким образом, основным методом снижения провалов напряжения является динамическая компенсация потребляемой реактивной мощности.
Библиографический список
1. Литвак В.В., Маркман Г.З., Харлов Н.Н. Энергосбережение и качество электрической энергии в энергосистемах. - Томск, 2006.
2. Фомин А.Ф. Технические аспекты применения тиристорного компенсатора для электропривода шахтной подъёмной машины // Известия ТулГУ. - 2011. - Вып. 6.
Сведения об авторах
Билоус Ольга Анатольевна (Пермь, Россия) - доцент кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: boa@msa.pstu.ac.ru).
Сагизов Эльдар Борисович (Пермь, Россия) - студент кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: boa@msa.pstu.ac.ru).
About the authors
Bilous Olga Anatolievna (Perm, Russian Federation) is Associate Professor at the Department of Automation Microprocessors, Perm National Research Polytechnic University (614990, 29, Komsomolsky pr., Perm, e-mail: boa@msa.pstu.ac.ru).
Sagizov Eldar Borisovich (Perm, Russian Federation) is a student of the Department of Automation Microprocessors, Perm National Research Polytechnic University (614990, 29, Komsomolsky pr., Perm, e-mail: boa@msa.pstu.ac.ru).
Получено 06.09.2013
