Регулирование выходных напряжений автономных источников питания

ЭНЕРГЕТИКА

УДК 621.313.013.8

М. А. БОРОВИКОВ|, В. Н. ДМИТРИЕВ, В. Е. БЫСТРИЦКИИ, О. В. МИЛАШКИНА

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИИ АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Рассматривается устройство симметрирования напряжении трёхфазного источника переменного тока, необходимое для регулирования напряжений автономных источников питания, при работе которых обеспечиваются качественные показатели регулирования.

В течение последних лет во многих работах по регулированию выходных напряжений автономных источников питания отражаются вопросы, главным образом связанные с применением различных способов и средств по устранению несимметрии, причём самым распространённым и общим является симметрирование с помощью специальных статических симметрирующих устройств (СУ). В этих работах нашли отражение общие вопросы теории процессов симметрирования; многочисленные варианты схемных решений симметрирующих устройств, касающихся в основном усовершенствования их силовой части; методы расчёта, ставящие своей главной задачей обеспечение высоких кпд и коэффициента мощности; улучшение весогабарит-ных показателей устройств; получение хороших фильтрующих свойств по отношению к высшим гармоникам сети и т. д. [1].

В связи с тем, что появляется необходимость в максимальной степени контролировать симметрию напряжений и тем самым улучшать качество электроэнергии в автономных электростанциях (АвЭС), необходимо как модифицировать существующие в промышленных системах способы и средства регулирования, методики их исследования, так и разрабатывать новые. Эти системы характеризуются, как известно, соизмеримостью мощностей источников питания и основных потребителей. Отмеченная особенность существенно усложняет задачу обеспечения высоких показателей качества вырабатываемой электроэнергии в симметричных режимах, и особенно в режимах несимметричной загрузки систем. Несмотря на многообразие возможных несимметричных режимов, наиболее типичным для АвЭС явля- \ ется несимметричный режим, вызываемый подключением однофазной нагрузки. Только в отличие от промышленных электроэнергетических систем характер распределения таких нагрузок по фазам заранее неизвестен и может быть

М. А. Боровиков, В. Н. Дмитриев, В. Е. Быстрицкий, О. В. Милашкина, 2005

случайным. Таким образом, в автономных электроэнергетических системах необходимо применение симметрирующих устройств, нормально функционирующих с учётом отмеченных специфических особенностей этих систем.

Следует сразу подчеркнуть, что статические СУ, оказываются неработоспособными применительно к условиям эксплуатации АвЭС, так как они могут выполнять свои функции лишь при определённом порядке чередования фаз относительно нагрузки и исполнительных элементов симметрирующего устройства. Для симметрирования же режимов работы автономных электроэнергетических систем необходимы так называемые универсальные симметрирующие устройства (УСУ). Известны различные варианты исполнения УСУ, наиболее надёжными из которых являются устройства, выполненные на основе индуктивных или индуктивно-ёмкостных исполнительных элементов. Известно, что при распределении несимметричной нагрузки по фазам случайным образом в общем случае число исполнительных элементов должно быть равно числу фаз симметрируемого источника, т. е. применительно, например, к трёхфазным системам универсальное симметрирующее устройство необходимо выполнять трёхэлементным [2].

Другой важнейшей задачей при разработке симметрирующих устройств применительно к генераторным агрегатам автономных систем является решение вопроса управления процессом симметрирования их выходных напряжений. Как уже говорилось, в процессе эксплуатации АвЭС имеет место случайный характер распределения нагрузок по фазам. Вследствие этого необходимо осуществлять перевод исполнительных элементов СУ из одного состояния в соответствующее другое. Указанная операция по условиям эксплуатации должна осуществляться без вмешательства человека (автоматически) при помощи регулирующих устройств (регуляторов симметрии). Симметрирование напряжений в автономных электроэнергетических системах с высокой точностью в условиях изменения величины нагрузки и места её подключения может быть достигнуто лишь при реализации регуляторами симметрии замкнутого принципа

управления. Важное значение при построении замкнутых систем регулирования имеет вопрос выбора сигналов обратной связи, характеризующих симметрию напряжений.

Целью 'разработки таких устройств является совершенствование методов симметрирования, стабилизация симметрирования, упрощение устройств, расширение функциональных возможностей, повышение точности регулирования напряжений. Для достижения поставленных целей потребовалось разработать устройство симметрирования напряжений трёхфазного источника переменного тока [3], которое предназначено для использования в автономных системах электроснабжения, где мощность первичного источника энергии соизмерима с мощностью несимметричной нагрузки, причем характер распределения несимметричной нагрузки по фазам заранее неизвестен.

В данном устройстве формирование сигналов управления исполнительными элементами устройств симметрирования напряжений позволяет обеспечить симметричность выходных напряжений трёхфазного источника переменного тока. В случае обеспечения попарного равенства фазовых сдвигов между линейными напряжениями источника- ср, . ср2; <р2 = Фз; Фз = ф| (ф, ф2. фз - углы фазового сдвига между указанными напряжениями ), имеет место и равенство.ф^фз-дрз т. е. треугольник линейных напряжений равносторонний, что говорит о симметрии линейных напряжений трёхфазного источника переменного тока. В предложенном устройстве нет необходимости в использовании нулевой точки, а, следовательно, и в четырёхпро-водной линии связи между устройством симметрирования и трёхфазным источником переменного тока. Кроме того, получение сигналов управления на основе информации лишь о линейных напряжениях сокращает количество используемых трансформаторов, формирующих напряжения для ФЧВ, с шести до трёх.

Данное устройство упрощено за счёт исключения необходимости использования информации о фазных напряжениях трёхфазного источника переменного тока.

Рис. 1 Блок-схема устройства симметрирования напряжений трёхфазного источника переменного тока.

На рис.1 представлена блок-схема устройства симметрирования напряжений трёхфазного источника переменного тока.

К трёхфазному источнику переменного тока 1 с выходными фазами 2-4 подключена нагрузка 5. Устройство симметрирования включает в себя исполнительные элементы подгрузочного типа 6-8, усилительные устройства 9-11, элементы сравнения 12-14 и фазочувствительные выпрямители 15-17.

ФЧВ 15-17 подключены к фазам трёхфазного источника переменного тока 1, а их выходы попарно подключены к входам элементов сравнения 12-14, выходы каждого из которых посредством усилительных устройств 9-11 связаны с входом одного из исполнительных элементов. Исполнительные элементы подгрузочного типа 6-8 подключены к фазам трёхфазного источника переменного тока 1.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При симметричной нагрузки трёхфазного источника переменного тока 1 фазовый сдвиг между линейными напряжениями составляет 60°.

Выходные сигналы фазочувствительных выпрямителей 15-17 при этом равны между собой, а выходные сигналы элементов сравнения 12-14 равны нулю. Устройство симметрирования в таком режиме не нарушает симметричности выходных напряжений трёхфазного источника переменного тока 1. Подключение несимметричной нагрузки вызывает нарушения равенства фазовых сдвигов между линейными напряжениями. В результате на выходе ФЧВ 15-17 появляются сигналы, величина и полярность которых несёт информацию о несимметрии напряжения трёхфазного источника переменного тока 1. Указанные сигналы усиливаются усилительными устройствами 9-11 и осуществляют воздействие на исполнительные элементы подгрузочного типа 6-8. Исполнительные элементы подгрузочного типа 6-8 создают несимметричную систему токов, компенсирующую влияние несимметричной системы токов, созданных нагрузкой 5. Трёхфазный источник переменного тока I при этом нагружается результирующей симметричной систе-

мой токов, и симметричность его выходных напряжений восстанавливается.

Разработанное устройство симметрирования напряжений трёхфазного источника переменного тока обеспечивает необходимое качество регулирования напряжений автономных источников питания, при работе которых обеспечиваются качественные показатели регулирования.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Жежеленко, И. В. Показатели качества электроэнергии на промышленных предприятиях. - М.: Энергия, 1977.-128 с.

2. Березниковский, С. В. Автоматическое регулирование и управление электрическими машинами. -Л.: Судостроение, 1964. - 360 с.

3. Свидетельство на ПМ № 21119. Устройство симметрирования напряжений трёхфазного источника переменного тока. /М. А. Боровиков, В. Е. Быстрицкий, О. В. Милашкина//Опубл. 20.12.2001. Бюл. № 35.

Боровиков Михаил Алексеевич доктор техни-

ческих наук, профессор, заведующий кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Имеет статьи и монографии по вопросам повышения качества электроэнергии автоматизированных электроприводов.

Дмитриев Владимир Николаевичу доктор технических наук, и. о. заведующего кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Имеет статьи и монографии в области электротехники.

Быстрицкий Владимир Евгеньевичу доцент, кандидат технических наук, генеральный директор УНИПТИМАШ. Имеет статьи и монографии в об-ласти симметрии напряжений автономных источников питания.

Милашкина Ольга Владимировна, аспирант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ.

•. \