Анотація до роботи:

Тугай Д.В. Перетворювальні системи розподілених альтернативних електростанцій, що забезпечують гарантоване електропостачання відповідального навантаження. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.09.12 – напівпровідникові перетворювачі електроенергії. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” – Харків - 2005.

Дисертація присвячена подальшому розвитку теорії перетворювальних систем електромагнітно сумісних з мережею живлення, призначених для генерації в мережу електроенергії альтернативного джерела і підтримки гарантованого електропостачання відповідального навантаження.

Сформульовані основні вимоги до перетворювальних систем розподілених електростанцій.

На основі сучасних теорій потужності для номінального режиму роботи розподіленої електростанції розроблені алгоритми керування перетворювальними системами, що забезпечують генерацію у живлячу мережу активної потужності при синусоїдальній формі струмів мережі, а також плавне регулювання або підтримку нульового значення реактивної потужності.

Проведено аналіз кривих миттєвих значень випрямленої напруги шестипульсного і дванадцатипульсного компенсованих керованих випрямлячів з одержанням розрахункових співвідношень у повному діапазоні зміни кутів керування.

Проведено гармонічний аналіз випрямленої напруги ККВ і струму мережі для шестипульсної та дванадцятипульсної схем.

Отримано уточнені співвідношення для зовнішніх характеристик керованого випрямляча, величин кутів комутації та гармонік струму мережі, що ураховують амплітуду змінної складової току навантаження.

Розроблені комп’ютерні моделі розподілених електростанцій, що дозволяють отримати робочі характеристики в основних режимах роботи. Обґрунтованість і вірогідність приведених у роботі положень і рекомендацій підтверджена близькістю результатів теоретичних і експериментальних досліджень.

Ключеві слова: компенсований керований випрямляч, активний керований випрямляч, силовий активний фільтр, розподілене виробництво електроенергії, сучасні теорії потужності.

Науково-практичні результати, отримані в дисертаційній роботі, вносять вклад у розвиток теорії компенсованих вентильних перетворювачів, а також систем розподіленої генерації електроенергії, дозволяють розраховувати основні робочі характеристики, моделювати режими роботи і синтезувати схеми автоматичного керування перетворювальними системами розподілених електростанцій.

1. Обґрунтована можливість використання перетворювальних систем на основі компенсованого керованого випрямляча і силового активного фільтра в розподілених електростанціях, що живляться позмінно від двох або декількох альтернативних джерел електричної енергії, одним із яких є батарея паливних елементів, а іншим – сонячна батарея або вітрогенератор.

2. З використанням сучасних теорій потужності розроблені схеми керування перетворювальними системами в номінальному режимі роботи розподіленої електростанції, що забезпечують генерацію в мережу живлення активної потужності при близькій до синусоїдальної форми струмів мережі, а також плавне регулювання або підтримку нульового значення реактивної потужності. Запропоновані схеми дозволяють підтримувати незмінним задане значення потужності на виході електростанції при зміні напруги альтернативного джерела в широких межах.

3. Для обох схем перетворювальних систем, розглянутих у дисертаційній роботі, першої – на основі компенсованого керованого випрямляча, другої – на основі активного керованого випрямляча, запропоновані алгоритми керування, які крім номінального режиму, що відповідає генерації встановленої потужності в мережу живлення, забезпечують автономний режим електропостачання відповідального навантаження від одного з альтернативних джерел при зникненні напруги в мережі, а також перехід з першого режиму в другий і зворотно.

4. Проаналізовано криві випрямленої напруги, регулювальні характеристики і процеси комутації струму шестипульсного і дванадцятипульсного компенсованих керованих випрямлячів при регулюванні за законом: =|_G|=_T. Установлено, що при накладенні комутацій у тиристорах різних вентильних груп їх черговість залежить від відносної величини напруги на конденсаторі силового активного фільтра і від величини кута керування. Показано, що при врахуванні кутів комутації _G і _Т спостерігається збільшення амплітуд вищих гармонік у інверторному режимі роботи ККВ при збільшенні відносного значення напруги короткого замикання перетворювального трансформатора.

5. На підставі результатів, отриманих при аналізі гармонійного складу струмів мережі шестипульсного і дванадцятиЯульсного ККВ з тиристорно-GTО-тиристорними вентильними групами, зроблено висновок про недоцільність їх використання в DP електростанціях. Перспективними для DP електростанцій є перетворювальні системи на основі дванадцятипульсного ККВ із загальною вентильною обмоткою перетворювального трансформатора з паралельним включенням шестипульсних мостів відповідно на GTO і одноопераційних тиристорах.

6. Проаналізовано вплив пульсацій струму навантаження КВ на їх кути комутації, зовнішні характеристики і вищі гармоніки струму мережі. Показано, що в шестипульсному керованому випрямлячі при 8% амплітуді пульсацій струму I_d у номінальному режимі реальні кути комутації на 7% менше розрахованих при е_kS=0.1 і допущенні I_d=const. За рахунок пульсацій струму навантаження відбувається збільшення амплітуди п'ятої гармоніки струму мережі і зменшення амплітуд сьомої, одинадцятої і тринадцятої гармонік. Похибка розрахунку за наближеним співвідношенням при I_d=const для п'ятої і сьомої гармонік струму мережі КВ середньої і великої потужності може перевищувати 25%. Нахил зовнішніх характеристик, отриманих за уточненим співвідношенням, на 2% більше нахилу зовнішніх характеристик за загальноприйнятим співвідношенням.

7. Комп'ютерне моделювання розподіленої електростанції дозволило одержати робочі характеристики в обох режимах роботи і перевірити перехід з одного режиму в іншій. Отримані характеристики електростанції номінальною потужністю 1MW, дозволяють зробити висновок про працездатність і коректну роботу схеми на основі ККВ і САФ. Як показала перевірка на комп'ютерній моделі розподіленої електростанції на основі АКВ, використання сучасних теорій потужності дозволяє синтезувати швидкодіючі системи керування, що генерують в мережу електроенергію високої якості і роблять швидкий перехід з номінального режиму в автономний і зворотно.

8. Отримано аналітичні співвідношення для розрахунку вхідного струму, параметра регулювання, граничного струму і мінімальної вхідної напруги підвищувального широтно-імпульсного перетворювача постійної напруги в постійну, працюючого в системі розподіленого електропостачання. При одержані формул враховано те, що напруга на виході перетворювача повинна залишатися постійною при зміні струму навантаження і напруги джерела живлення. Підвищення вихідної напруги можливе в тому випадку, якщо падіння напруги на еквівалентному опорі не перевищує 25% від напруги джерела живлення.

9. На підставі техніко-економічного зіставлення двох основних типів перетворювальних систем показано, що при зміні напруги альтернативного джерела в широких межах вартість ККВ перевищує вартість АКВ, однак ККД ККВ при збільшенні вхідної напруги джерела виростає, у той час як ККД АКВ зменшується. При k=k_max=2 ККД ККВ перевищує ККД АКВ на 2.4%. Тому при відхиленнях напруги джерела більш ніж у два рази доцільно використовувати ККВ.

10. Для перевірки теоретичних результатів були створені моделі шестипульсного і дванадцятипульсного ККВ, а також модель підвищувального ШІП. Зіставлення результатів моделювання з результатами розрахунку, що засновані на використанні отриманих у роботі співвідношень, показало їх практичний збіг.

11. Обґрунтовані в дисертації наукові рекомендації і результати, впроваджені у виробничій процес в НДІ “ХЕМЗ" та НВП “ЭОС” (м. Харків), а також використовуються в навчальному процесі на кафедрі промислової та біомедичної електроніки НТУ “ХПІ”.

Публікації автора:

1. Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Тугай Д.В. Преобразователи на основе компенсированных управляемых выпрямителей в системах распределенного производства электрической энергии // Технічна електродинаміка. – Київ, 2002. – Tем. вип. - Ч. 5. - C. 55-58.

Здобувачу належить формулювання вимог до перетворювальних систем DP електростанцій.

2. Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Крылов Д.С., Тугай Д.В. Выпрямленное напряжение шестипульсного компенсированного управляемого выпрямителя // Вісник Національного технічного університету ”Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ ”ХПІ”. – 2002. – Вип. 12, Т.1. - C. 235-241.

Здобувачу належить аналіз випрямленої напруги ККВ у позакомутаційних інтервалах.

3. Жемеров Г.Г., Тугай Д.В. Уточненный расчет внешних характеристик управляемого выпрямителя // Вісник Національного технічного університету ”Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ ”ХПІ”. – 2003. - № 5. - С. 133-140.

Здобувачем одержана розрахункова формула для уточнення зовнішніх характеристик КВ.

4. Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Тугай Д.В. Гармоники в выпрямленном напряжении шестипульсного компенсированного управляемого выпрямителя // Технічна електродинаміка. – Київ, 2002. - №4.- С. 23-29.

Здобувачу належить одержання розрахункових співвідношень для розрахунку величин гармонік в випрямленій напрузі шестипульсного ККВ.

5. Жемеров Г.Г., Тугай Д.В. Гармоники сетевого тока шестипульсного мостового управляемого выпрямителя, обусловленные пульсациями тока нагрузки // Технічна електродинаміка. – Київ, 2002. - №6. - С. 21-24.

Здобувачем одержано розрахункове співвідношення для пульсаційної складової струму мережі КВ.

6. Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Тугай Д.В. Влияние переменной составляющей выпрямленного тока на характеристики управляемого выпрямителя // Технічна електродинаміка. – Київ, 2003. - Tем. вип. - Ч. 2. - C. 3-6.

Здобувачу належить перевірка одержаних уточнених співвідношень на віртуальному лабораторном стенді шестипульсного КВ.

7. Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Тугай Д.В. Характеристики повышающего широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения в постоянное в системе распределенного электроснабжения // Электричество. – М., 2004. - №12. - C. 38-45.

Здобувачу належить одержання розрахункової формули для визначення максимально можливої напруги на виході підвищувального широтно-імпульсного перетворювача у системі розподіленого електропостачання, а також розробка комп’ютерної моделі підвищувального перетворювача.

8. Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Тугай Д.В. Режимы работы распределенной электростанции, обеспечивающей бесперебойное питание ответственной нагрузки // Технічна електродинаміка. – Київ, 2004. - Tем. вип. - Ч.7. - C. 50-55.

Здобувачу належить розробка функціональної схеми системи керування ККВ, а також розробка комп’ютерної моделі DP електростанції.

9. Жемеров Г.Г., Крылов Д.С., Тугай Д.В. Система составляющих полной мощности и энергетических коэффициентов на основе p-q-r теории мощности // Технічна електродинаміка. – Київ, 2004. - Tем. вип - Ч.6. - C. 69-74.

Здобувачу належить визначення форми напруги u_p в p-q-r теорії потужності.

10. Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Тугай Д.В. Выпрямленное напряжение компенсированного управляемого выпрямителя по двенадцатипульсной параллельной схеме с общей вентильной обмоткой преобразовательного трансформатора // Технічна електродинаміка. – Київ, 2004. - Tем. вип. - Ч.2. - C. 3-8.

Здобувачу належить аналіз випрямленої напруги ККВ у повному діапазоні зміни кута керування.

11. Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Тугай Д.В. Системы управления активными управляемыми выпрямителями, выполненные на основе современных теорий мощности // Вісник Національного технічного університету ”Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ ”ХПІ”. – 2004. – Вип. 43. - C. 135-141.

Здобувачу належить розробка алгоритмів керування і комп’ютерної моделі перетворювальної системи розподіленої електростанції на основі АКВ.

12. Жемеров Г.Г., Тугай Д.В. Мгновенные и средние активные и реактивные мощности в линейных цепях с синусоидальными напряжениями // Вісник Національного технічного університету ”Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ ”ХПІ”. – 2004. – Вип. 43. - C. 153-160.

Здобувачу належить обґрунтування застосування сучасних теорій потужності для синтезу ефективних систем керування вентильними перетворювачами.