Энергетические аспекты спектральной стратегии проектирования систем обеспечения ЭМС

Таким образом, коэффициент деления К) определяет дискретность модуляции между тактовыми импульсами, а коэффициент К2 — количество тактовых импульсовчза период выходного напряжения.

ППЗУ фаз В и С должны иметь аналогичные законы модуляции, но учитывать временной сдвиг на 120 и 240° соответственно.

Тактовые импульсы, поступающие на вход Б тригтерного элемента, переводят его в единичное состояние. Сигнал с выхода блока сравнения в момент

V

равенства двоичных кодов на его входе сбрасывает тригтерный элемент в нулевое состояние, тем самым формируя сигналы управления ключевыми элементами инвертора. Сигналы управления с тригтерного элемента проходят

через линии задержки и окончательно формируются в выходных каскадах. Линии задержки позволяют избавиться от сквозных токов в инверторе напряжения из-за наличия конечного времени включения ключевых элементов. В качестве последних могут использоваться силовые транзисторы или полностью управляемые вентили.

Применение данного устройства позволяет обеспечить регулирование частоты выходного напряжения при возбуждении БАВД низкой частотой, что обеспечивает его наибольшую перегрузочную способность. Причем регулирование частоты в широком диапазоне происходит без нарушения симметрии фаз по заданному (синусоидальному) закону, что создает равномерно вращающееся магаитное поле.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. А.с 1403216 СССР, МКИ Н 02 М 7/48 Устройство для управления трехфазным преобразователем напряжения / И. В. Гуляев Ю. П. Сонин, Ю. И. Прусаков (СССР). Опубл. 15.06.8«. Бюл. N 22. 4с.

2. Ю. П. Сонин, С. А. Юшков, Ю. И. Прусаков» Бесконтактный асинхронизированный

вентильный двигатель // Электричество.. 1989. № 11. С- 41 — 45.

3. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А. Я. Бернштейн и др.; Под ред. Р- С Сарбатова. М.: Энергия, 1980.

328 с.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СПЕКТРАЛЬНОЙ СТРАТЕГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС

В. Ф. БЕДОВ, доктор технических наук

Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) взаимодействующих устройств электротехники решается как на этапе технического проектирования электроэнергетических систем, так и на этапе их отработки. В монографии [1) предложена и исследована спектральная стратегия проектирования ЭМС, охватывающая оба этих этапа и ориентированная на применение новых информационных технологий при разработке систем энергетической фильтрации. Эта стратегия является адаптивной и управляемой, а ее реализация возможна с минимальным набором проектных процедур, образую-

щих самый короткий маршрут в информационном графе процесса проектирования. К ним относятся процедуры математического моделирования электрических комплексов, анализа их частотных характеристик и параметрического синтеза фильтровых систем.

С помощью методов и алгоритмов! математического моделирования и анализа формируется матрица показателей качества электрической энергии (матрица ПКЭ), в которой столько строк, сколько ПКЭ принято для характеристики энергопроцесса, а количество столбцов равно числу узлов в , электросистеме. На пересечениях строк

и столбцов записываются численные значения коэффициентов, характеризующих качество энергопроцесса. Эта матрица является важнейшим источником информации о состоянии объекта проектирования и во многом определяет решения, принимаемые по управлению стратегией. Таким образом, спектральный алгоритм наряду с информационным имеет энергетический аспект. В работе [11 этот вопрос не являлся предметом глубокого исследования, что и обусловило появление данной статьи.

Анализ спектральной стратегии проектирования систем обеспечения ЭМС с точки зрения закона сохранения (баланса) мощностей при выполнении проектных процедур затруднен в связи с современным состоянием теории мощности в цепях с несовпадающими формами напряжения и тока. Здесь выделяют три направления:спектральное (рядов Фурье), интегральное и прямое [2,3). В рамках первого направления все мощности вычисляются через найденные представления тока и напряжения в виде рядов Фурье, дающих "тонкую" картину мощности также в виде спектра. Вычисления легко алгоритмизируемы, но являются трудоемкими по временным затратам при широкополосных спектрах и асимптотически приближенными. Во втором случае вычисляются определенные интегралы от соответствующих композиций мгновенных напряжений и токов. Метоп требует наличия аналитического описания лля мгновенных значений, что само по себе является сложной задачей в цепях рассматриваемого вида. При применении третьего подхода не требуется нахождения мгновенных значений реакции (тока) или ее гармонического состава, а мощности и энергетические показатели определяются в замкнутой аналитической форме непосредственно через параметры воздействия (напряжения), внутренние и параметры системы. Это позволяет проводить исследования в общем виде и быстро получать результаты при числовых расчетах.

Особенности объекта проектирования (систем** энергетической фильтрации) определили выбор в [1] первого подхода для формирования матрицы ПКЭ. Ее элементами являются как энергетические показатели, так и коэффициенты, характеризующие отклонения выходных параметров электросистемы от нормы под воздействием внешних дестабилизирующих факторов (отклонения напряжения, частоты). Энергетические показатели в основном зависят от внутренних свойств элементов электросистемы (вентильных преобразователей, электрических машин и др.) и характеризуют составляющие полной мощности в каждом ее узле.

Основная система критериев эффективности энергопроцессов в электрических цепях берет свое начало, согласно [3], с работы Крейгара 1923 г. В современном виде [2,3 ] она содержит коэффициент сдвига Кс> коэффициент искажения Ки * коэффициент несимметрии Кнс и коэффициент неравномерности Кнр, объединенные мультипликативно в коэффициент мощности

Км = Кс Ки Кнс КНр

р Ур^+О?

" ТргТоГ + Х

У^'чПу То*

х ч/р2 + оГ+_о! + оГх

УР2 + 0} + о? + о?

Эти локальные показатели учитывают четыре вида некачественности электрической энергии, обусловленных сдвигом фазы тока, искажением его формы, несимметрией по фазам и не^ равномерностью потреблен

и я (модуляцией) энергии. Каждый вид некачест-венно£ти связан с определенной порцией реактивной мощности (^ Фз и (^4, генерируемых нагрузками и уменьшающих долю активной мощности Р.

Рассмотрим соотношение (1) в целом и поэлементно с точки зрения применения в спектральной стратегии проектирования ЭМС.

1. Локальные показатели зависят друг от друга. Например, подключение

компенсатора реактивной мощности (З1 к узлу электросистемы приведет к изменению всех элементов столбца данного узла в матрице ПКЭ. Для учета весовых коэффициентов, характеризующих различие ущерба от разных парциальных мощностей, следует добиться аддитивности локальных критериев, например, путем логарифмирования Км. Это свойство может играть важную роль при реализации встроенной экспертной системы, предусмотренной в спектральной стратегии проектирования для определения начальной схемы обеспечения ЭМС.

2. Показатели обратно пропорциональны их мощностям. При стремящихся к нулю значениях парциальных мощностей значения коэффициентов стремятся к единице, и в оптимальном случае Км = 1. Принцип минимизации реактивных мощностей положен в основу параметрической оптимизации энергетических фильтров в спектральной стратегии проектирования, так как именно энергетические показатели определяют объем, массу и стоимость систем обеспечения ЭМС. Следует также исправить смысловые неточности в названиях некоторых показателей в работе [3]. Очевидно, что Ки следует считать коэффициентом синусоидальности, а Кнс — коэффициентом симметрии.

3. Поскольку выполнение баланса реактивных мощностей при несовпадающих формах тока и напряжения в электросистеме связано с внутренними свойствами ее элементов, возможно построение отличных от (1) систем локальных ПКЭ, отражающих другие детали энергетического процесса. Очевидно, что теоретически допустимая невязка баланса реактивных мощностей, показывающая наличие в энергосистеме физических процессов, содержание жоторых неизвестно наддан-

ном уровне развития электротехники, снижает качество эквивалентирования элементов энергосистем и, соответственно, качество математических моделей в спектральной стратегии проектирования ЭМС. Эти энергоаспекты проблемы требуют дальнейшего исследования.

Переход к спектральной форме представления системы показателей энергопроцесса осуществляется подстановкой в (1) спектральных изображений активной и парциальных мощностей. Эти изображения определяются на основе сведений, приведенных в (2,31. При этом коэффициенты матрицы ПКЭ будут иметь асимптотически приближенный характер.

Другой важнейший энергетический аспект спектральной стратегии проектирования ЭМС связан с применением преобразований координат при математическом моделировании электроэнергетических систем. Здесь очевидна постановка вопроса об инвариантности полной мощности и ее составляющих при преобразовании системы координат для напряжений и токов в условиях несимметричной несинусоидальной трехфазной цепи. В монографии [2] доказана инвариантность мощностей в а, Ь, с и а, (} координатных системах. В работе [1 ] при моделировании электросистем используются фазные и й, <7 координаты. Однако, имея в виду существование линейных преобразований, связывающих а, /3 и с/, д координатные системы, следует обобщить выводы работы [2] на случай вращающихся осей <7,

Таким образом, спектральная стратегия проектирования систем энергетической фильтрации достаточно обоснована с точки зрения закона сохранения мощностей. Вместе с тем ее разработка поставила ряд проблем в области теоретической электротехники.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

»

1. Белов В. Ф. Автоматизация проектирования электромагнитной совместимости автономных преобразовательных систем. Саранск: Изд~во Мордов. ун-та, 1993. 340 с.

2. Зиновьев Г. С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преоб-

разователей. Новосибирск; Изд-во Новосиб. унта, 1990. 220 с.

3. Маевский О. А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. М.: Энергия,

1978. 320 с.