CC BY
8Г. И. Коробко, В. В. Лебедев
Системы компенсации нелинейных искажений напряжения судовой сети на базе ...
Список литературы
[1] Коробко Г.И., Лебедев В.В. Влияние высших гармоник на работу судового электрооборудования и способы их снижения: 13-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки'2011», труды конгресса, Н. Новгород, ННГАСУ.
[2] Коробко Г.И., Лебедев В.В. Система компенсации нелинейных искажений судовой сети: Труды НГТУ «Актуальные проблемы электроэнергетики» Н.Новгород, НГТУ, 2011г.
[3] Шейнихович В.В., Климанов О.Н., Пайкин Ю.И., Зубарев Ю.Я. Качество электрической энергии на судах: Справочник/Л.: Судостроение, 1988. - 160 с.
COMPENSATION SYSTEMS OF NONLINEAR VOLTAGE DISTORTION IN SHIP POWER SYSTEM BASED ON VOLTAGE BOOSTERS
G.I. Korobko, V. V. Lebedev
Different modifications of nonlinear voltage distortion compensation systems which use a parallel and series voltage boosters are described in this article. Calculation of voltage booster power was made. Also it was shown that booster power depends on configuration way of compensation system.
УДК 621.317
Г.И. Коробко, доцент, к.т.н. ФБОУ ВПО «ВГАВТ», А.С. Макаев, аспирант ФБОУ ВПО «ВГАВТ» г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, д. 5а
УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ КОМПЕНСАЦИИ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ СУДОВОЙ СЕТИ С ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ
Рассмотрен метод компенсации небаланса напряжений судовой сети с использованием вольтодобавочного трансформатора. Показан вариант реализации системы управления вольтодобавкой на базе преобразователя с дифференцирующим устройством. Проведен анализ характеристик и моделирование устройства, подтверждающие целесообразность его использования.
Стабилизация и компенсация асимметрии напряжения в судовой сети является актуальной задачей, особенно это относится к динамическим режимам работы СЭЭС.
Решение этой задачи может быть обеспечено за счет использования вольтодоба-вочных устройств, питание которых осуществляется от сети постоянного тока [1]. Функциональная схема такого устройства представлена на рис. 1.
Задающее воздействие из представляет собой гармонический сигнал, находящийся в фазе (либо противофазе) с напряжением сети (для каждой из фаз). Величина этого напряжения пропорциональна отклонению напряжения сети от номинальной величины. Она формируется системой управления - СУ. Напряжение из управляет работой широтно-импульсного преобразователя - ШИП, от которого питается первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора - ВДТ. Питание ШИП осуществляется
постоянным током, получаемым от выпрямителя - В, на выходе которого установлен конденсатор - С.
Рис. 1. Блок-схема вольтодобавочного устройства
Система управления устройством вольтодобавки может быть выполнена в двух вариантах:
- с использованием эталонного гармонического напряжения, синхронизированного с сетью (система на переменном токе);
- на базе постоянного эталонного напряжения (система на постоянном токе).
В первом случае обеспечивается очень высокое быстродействие при работе вольтодобавочного устройства, что позволяет существенно снизить провалы и всплески напряжения в судовой сети при включении и отключении трёхфазной и однофазной нагрузки. Основным недостатком системы на переменном токе является сложность практической реализации источника эталонного трёхфазного синусоидального напряжения, синхронизированного с сетью, и его сравнительно высокая стоимость (необходим быстродействующий ЛПК и периферия).
Система управления на постоянном токе обладает меньшим быстродействием, однако проще, дешевле и, следовательно, надежней. Её блок-схема показана на рис. 2.
Рис. 2. Блок-схема системы управления на постоянном токе.
Она включает в себя согласующий трансформатор - ТУ, преобразователь переменного напряжения в постоянное - Щ задатчик эталонного напряжения сети -
Яз, регулятор напряжения - РН и блок умножения - БУ. Таким образом, напряжение задания - Пз переменного тока будет пропорционально величине отклонения -Ди заданного напряжения сети от фактического.
Показатели этой системы будут определяться скоростью и качеством преобразования сигнала, пропорционального напряжению сети Uc~ в сигнал постоянного тока Uc=, то есть быстродействием преобразователя Uz.
В качестве последнего могут быть использованы:
- выпрямитель и выходной фильтр (активный или пассивный);
- устройства на базе управляемого интегратора и запоминающего устройства (УВХ - устройство выборки-хранения);
- преобразователь, реализованный на базе дифференцирующего устройства.
Первые два преобразователя обладают сравнительно низким быстродействием и
ощутимыми пульсациями выходного напряжения. Для реализации третьего устройства использовано следующее выражение:
(am ■ sin at)2 + (am ■ cos at)2 = a2
Первое слагаемое данного выражения представляет собой возведенное в квадрат напряжение сети, а второе может быть получено за счет дифференцирования этого напряжения (sin' = -cos). Таким образом блок-схема преобразователя будет иметь вид, показанный на рис. 3.
В состав блок-схемы кроме дифференцирующего устройства - ДУ входят два блока возведения в квадрат - БВК1,2, суммирующее устройство - СУ и блок извлечения квадратного корня - БИК.
Наиболее сложным при построении данной схемы является практическая реализация дифференцирующего устройства (ДУ), которое должно обеспечивать постоянство коэффициента передачи, равного единице, и фазового сдвига 90° относительно входного сигнала на частоте сети. Кроме того необходимо максимально ослабить все частоты выше основной, так как в случае скачка напряжения сети, в составе продифференцированного сигнала появляется значительный всплеск напряжения.
Рис. 3. Блок-схема преобразователя
В результате анализа различных передаточных функций для построения дифференцирующего устройства была выбрана следующая:
к • (1 + т р) • (1 + т2 р)
(1 + Тз р) • (1 + т4р) • (1 + 2^ р + т2 р2)
Она состоит из двух форсирующих, двух апериодических и одного колебательного звеньев. Вид логарифмической амплитудно-частотной и фазо-частоной характеристик показан на рис. 4.
Рис. 4. ЛАЧХ и ФЧХ дифференцирующего устройства
Анализ данных характеристик показывает, в зоне частоты среза обеспечивается коэффициент передачи =1, а фазовый сдвиг на сравнительно протяженном участке составляет 90°. Последнее необходимо для того чтобы обеспечить работу ДУ при изменении частоты входного сигнала вследствие изменения частоты вращения генераторного агрегата. Вносимые при этом изменения коэффициента передачи ДУ могут быть скомпенсированы установкой на его выходе управляемого делителя, изменяющего величину коэффициента к в зависимости от частоты вращения дизель-генератора. При увеличении частоты вращения генераторного агрегата коэффициент к уменьшается, а при ее уменьшении увеличивается.
Для определения параметров передаточной функции дифференцирующего устройства было проведено моделирование преобразователя (рис. 3) в пакете приложений "БишБт".Структурная схема модели представлена на рис. 5.
Рис. 5. Структурная схема модели
На вход преобразователя (контрольная точка 1) подан гармонический сигнал, амплитуда которого уменьшается скачком на 20 % в момент времени 0,025 с, а затем
возвращается в исходное состояние через 0,02 с. В результате на выходе преобразователя (контрольная точка 3) получаем сигнал постоянного тока, пропорциональный величине входного напряжения. Диаграммы сигналов в контрольных точках представлены на рис. 6. Здесь же для наглядности показан сигнал модуля входного напря-жения(контрольная точка 2).
Рис. 6. Результаты моделирования
Как видно из приведенных диаграмм преобразование переменного напряжения в постоянное обеспечивается со сравнительно высоким быстродействием, а время переходного процесса не превышает 0,005 с.
Список литературы
[1] Коробко Г.И. Анализ построения силовых схем стабилизаторов переменного напряжения (СПН) с широтно-импульсными преобразователями/ Коробко Г.И., Попов С.В.// Электрооборудование промышленных установок: межвуз. сб. науч. тр./ НГТУ. - Н.Новгород, 2001. с. 25-28.
[2] Малафеев С.И. Основы автоматики и системы автоматического управления: учебник для студ. высш. учеб. заведений / С.И. Малафеев, А.А. Малафеева. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 384 с.
CONTROL DEVICE FOR VOLT-ADDING SYSTEM OF COMPENSATION OF VOLTAGE ASYMMETRY IN SHIP ELECTRIC GRIDS
G.I. Korobko, A.S. Makaev
The article describes the method of compensation voltage unbalance in ship electric grids be mean of boosters. The embodiment of the control system based on the converter, containing the differentiating device. The analysis of the characteristics and modulation of the device confirm the appropriateness of its use.
