WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 

«Известия высших учебных заведений. Поволжский регион УДК 621.317.353.018.3 Д. А. Кузьмин, В. Я. Горячев, Н. Б. Джазовский РАЗРАБОТКА ...»

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

УДК 621.317.353.018.3

Д. А. Кузьмин, В. Я. Горячев, Н. Б. Джазовский

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ

СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ УПРАВЛЕНИЯ

ЗНАЧЕНИЯМИ КОЭФФИЦИЕНТОВ ГАРМОНИЧЕСКИХ

ИСКАЖЕНИЙ ПО ТОКУ И НАПРЯЖЕНИЮ

Аннотация. Разработана информационно-измерительная система мониторинга качества электрической энергии. Система позволяет как измерять, так и корректировать коэффициенты гармонических искажений по току и напряжению.

Ключевые слова: гармоника, нагрузка, трансформатор, сеть электроснабжения.

Abstract. The authors have developed an information-measuring control system for electric energy quality monitoring. The system allows, both to measure and to correct the factors of harmonious current and voltage distortions.

Key words: harmonic component, loading, transformer, electrical supply network.

Введение В реальных электрических сетях форма напряжения отлична от синусоидальной. Причиной этого чаще всего являются нелинейные потребители, которые способствуют появлению высокочастотных гармоник. Характерными мощными нелинейными потребителями являются тяговые электровозы железнодорожного транспорта.



Перечислим существующие способы устранения высших гармоник в сетях электроснабжения тяги:

1. Установка поперечной компенсации; помимо своей основной функции компенсации реактивной мощности настроена на подавление третьей гармоники [1].

2. Сглаживающая катушка в мостовой схеме выпрямления электровоза переменного тока.

3. Альтернативное соединение обмоток трансформатора (треугольник, зигзаг).

4. Фазокомпенсатор – устройство для устранения сдвига фаз между током и напряжением в цепях переменного электрического тока; помимо основной функции используется в качестве фильтра высокочастотных гармоник [2].

5. Регулируемый компенсатор реактивной мощности электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями [3].

6. Однофазный преобразователь переменного тока. Устройство повышает коэффициент мощности электровоза за счет уменьшения угла сдвига между основными гармониками питающего напряжения и тока [4].

7. Вольтодобавочный преобразователь, используемый для регулирования входных параметров системы подавления, представляющий собой управляемый выпрямитель, относительная установленная мощность которого составляет 15–20 % от основного выпрямителя.

8. Магнитный синтезатор [5]; обеспечивает защиту нагрузки от различных искажений электропитания, в частности, от провалов и выбросов напряжения, импульсных и высокочастотных помех, наличия высших гармоник, вызывающих искажения синусоидальной формы входного напряжения.

№ 2 (18), 2011 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

9. Активный кондиционер гармоник (АКГ) [6]; анализирует гармоники тока, отбираемые нагрузкой, затем инжектирует такие же токи в сеть с подходящей фазой.

Все вышеперечисленные способы устранения гармоник являются недостаточно эффективными. Кроме того, новая нормативная база по качеству электрической энергии требует более пристального внимания к гармоническим составляющим с порядковыми номерами выше сорокового, а также к интергармоникам. Поэтому необходимо разработать более эффективный способ измерения и влияния на гармонические искажения, чтобы привести качество электрической энергии в точке подключения тяговых потребителей к норме.

1. Разработка схемы устройства Новые стандарты по гармоникам и интергармоникам привели к необходимости отказа от подавления отдельных гармонических составляющих в соответствии с разложением в ряд Фурье. Поэтому в разработанном устройстве используется сравнение поступающего сигнала с опорным (идеальным) сигналом и выделение искажающего сигнала.

Предлагается устройство подавления гармоник (УПГ), структурная схема которого представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема устройства подавления гармоник

Сигнал поступает на устройство защиты, после него – на трансформатор тока (ТТ). С трансформатора тока сигнал поступает на вычитающее устройство, на второй вход которого поступает опорный сигнал в виде идеальной синусоиды с генератора опорного сигнала. В вычитающем устройстве происходит сравнение этих сигналов, и полученный результат поступает на усилитель мощности с учетом фазирования, которое осуществляется в блоках управления фазированием и схеме фазирования. С усилителя мощности сигнал с гармониками в противофазе поступает на суммирующее устройство, где происходит сложение сетевого напряжения и корректирующего сигнала.

Управление фазированием осуществляется по системе экстремального регулирования, что обеспечивает поддержание минимальной мощности корректирующего сигнала. Система экстремального регулирования задает пробные шаги по двум параметрам: начальной фазе эталонного сигнала и его амплитуде. Величина начальных шагов выбирается достаточно малой, чтобы Известия высших учебных заведений. Поволжский регион это не было заметно на выходном напряжении. При уменьшении мощности корректирующего сигнала делается второй пробный шаг в том же направлении, при увеличении – полярность пробного шага изменяется на противоположную. Путем поочередной подачи пробных шагов по двум параметрам находится значение начальной фазы и амплитуды эталонного сигнала, соответствующее полному экстремуму, т.е. минимальной мощности корректирующего сигнала, что соответствует наиболее полной компенсации гармоник.

2. Математическое описание работы УПГ

1. Ток на входе трансформатора тока (рис. 1):

I1k sin(k t 1k ), i1 i1k k 1 k 1

–  –  –

На схеме (рис. 2) е – ЭДС источника; Rв и Lв – активное сопротивление и индуктивность источника; ТН – трансформатор напряжения; ТТ – трансформатор тока; VD1–4 – выпрямительные диоды мостовой схемы выпрямления; Rн и Сн – активное сопротивление и емкость нагрузки; eоп – ЭДС опорного сигнала; Rш – сопротивление шунта; Rос – сопротивление обратной связи;

R1, R2, R3 – сопротивления; УМ – усилитель мощности.

В схеме используется стандартный низкочастотный усилитель.

УПГ настраивается таким образом, чтобы значения делителя напряжения и коэффициент усиления мощности были равны.

Модель в среде MATLAB представлена на рис. 3. В модели E – источник напряжения; ZB – внутреннее сопротивление источника; Т1 – трансформатор тока; T2 – трансформатор напряжения; D1–D4 – диоды мостовой схемы электровоза переменного тока; K1 – ключ, определяющий момент включения нагрузки; RШ – шунтирующий резистор; EОП – источник опорного сигнала;

ОУ – операционный усилитель; R1, RОС – резисторы, формирующие коэффициент усиления операционного усилителя; R2, R3 – резисторы делителя напряжения; СН – емкость нагрузки; RН – активное сопротивление нагрузки.

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

–  –  –

№ 2 (18), 2011 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника На рис. 4 показан гармонический состав напряжения в модели без УПГ и с УПГ.

–  –  –

Благодаря использованию предложенного УПГ удалось добиться снижения коэффициента гармонических искажений напряжения, равного отношению среднеквадратичного напряжения суммы высших гармоник сигнала к напряжению первой гармоники с 14,06 до 2,36 %, т.е. почти в 7 раз, чего невозможно достичь, используя известные схемы фильтров. Поэтому устройство подавления гармоник, предложенное в данной работе, может эффективно применяться для устранения гармонических искажений в сети с нелинейной нагрузкой.

4. Разработка информационно-измерительной системы мониторинга качества электрической энергии Внесение в рабочую сеть электроснабжения любого источника, пусть и небольшой мощности, может повлиять на исправность работы отдельных элементов. Поэтому разработана схема информационно-измерительной системы мониторинга качества электрической энергии, в которой отсутствует генератор опорного сигнала (рис. 5).

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) предназначен для преобразования искаженной формы тока в цифровую форму сигнала.





Этот сигнал сравнивается с идеальной формой синусоиды в процессорном модуле, на выходе которого получаем инвертированный разностный сигнал в цифровом виде. Затем при формировании отдельных кадров через включение шинного формирователя (ШФ) происходит запись сигнала в оперативное запомниающее устройство (ОЗУ) для его измерения. В остальное время ШФ разомкнут для подавления искажений. В этом случае сигнал поступает в буферное запоминающее устройство. Под воздействием управляющего сигнала с модуля контроля и управления корректирующий сигнал с буферного устройства поИзвестия высших учебных заведений. Поволжский регион падает в цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), а затем на усилитель мощности и инжектируется в сеть с помощью суммирующего устройства.

–  –  –

Рис. 7. Принцип работы системы на примере сигнала напряжения Измеренный суммарный искаженный сигнал включает в себя все гармоники с порядковыми номерами от 1 до и интергармоники. Поэтому полученные коэффициенты гармонических искажений являются более точными, чем при суммировании отдельных гармонических составляющих при разложении в ряд Фурье.

Система мониторинга предполагает наличие ЖК-дисплея, на котором отображаются значения коэффициентов гармонических искажений по току и напряжению.

Заключение Нелинейный характер нагрузки способствует появлению гармонических составляющих напряжения в сети. Особое внимание следует уделять мощным потребителям, таким как тяговые подстанции железнодорожных сетей. Как правило, эти подстанции подключаются к основным сетям электроснабжения, не имеющим большого запаса по мощности, поэтому в определенных ситуациях высшие гармонические составляющие могут вызывать перенапряжения в электрических сетях.

Разработанная система обладает рядом преимуществ по сравнению с существующими аналогами. Во-первых, она эффективнее благодаря использованию схемы сравнения с идеальным (без искажений) синусоидальным сигналом. Во-вторых, система позволяет точнее измерять суммарный коэффициент гармонических искажений. В-третьих, данное устройство позволяет корректировать поступающий сигнал во всем диапазоне частот, вплоть до 40 гармоники и выше.

Список литературы

1. М а р к в а р д т, Г. Г. Расчет поперечной емкостной компенсации на электрифицированной железной дороге / Г. Г. Марквардт, Л. А. Герман. – М., 1976. – С. 33–36.

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

2. М а м о ш и н, Р. Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока / Р. Р. Мамошин. – М. : Транспорт, 1973. – 224 с.

3. Д о н с к о й, Д. А. Регулируемый компенсатор реактивной мощности для электровозов однофазно-постоянного тока : дис.... канд. техн. наук: 05.09.03 / Донской Д. А. – М., 2007. – 153 с.

4. В л а с ь е в с к и й, С. В. Повышение эффективности выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов однофазно-постоянного тока с рекуперативным торможением : дис.... докт. техн. наук: 05.09.03 / Власьевский С. В. – М., 2001. – 270 с.

5. H u g a n, R. C. The Datawave Magnetic Synthesizer As a Solution to Harmonics / R. C. Hugan, M. F. McGranaghan, H. W. Beaty // Liebert Corporation, 1997. – 6 p.

6. B e t t e g a, E. Active Harmonic Conditioners and Unity Power Factor Rectifiers / E. Bettega, J. N. Fiorina // Cahier Technique Schneider Electric. – 1999. – ECT 183. – 28 p.

–  –  –

Горячев Владимир Яковлевич Goryachev Vladimir Yakovlevich доктор технических наук, профессор, Doctor of engineering sciences, professor, заведующий кафедрой head of sub-department of automated автоматизированных electropower systems, Penza электроэнергетических систем, State University Пензенский государственный университет E-mail: gorvlad1@yandex.ru Джазовский Николай Борисович Dzhazovsky Nikolay Borisovich кандидат технических наук, доцент, Candidate of engineering sciences, associate кафедра автоматизированных professor, sub-department of automated электроэнергетических систем, electropower systems, Penza Пензенский государственный State University университет E-mail: 2005dim@rambler.ru УДК 621.317.353.018.3 Кузьмин, Д. А.

Разработка информационно-измерительной системы мониторинга качества электрической энергии с возможностью управления значениями коэффициентов гармонических искажений по току и напряжению / Д. А. Кузьмин, В. Я. Горячев, Н. Б. Джазовский // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2011. – № 2 (18). –



Похожие работы:

«МЕТРОНИДАЗОЛ 1. Метронидазол.2. Акваметро, АпоМетронидазол, Клион, Медазол, Метрогил, Метроксан, Метронидазол, Метронидазол – Браун, Метронидазол – Никомед, Метронидазол – Тева, Метронидазола гемисукцинат, Розамет, Трихазол, Трихопол, Флагил.3. Средства для профилактики и лечения инфекций...»

«ФОРМИРОВАНИЕ ЛИЧНОСТНОЙ НРАВСТВЕННОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ДЕТЕЙ-СИРОТ МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА ЛОБАЧЕВА О.В. Статья посвящена формированию Article is devoted formation of a moral нравственной направленности детей сирот, orientation of children of orphans as the так как младший шк...»

«Программа профессиональной подготовки водителей транспортных средств категории "В" ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА I. Программа профессиональной подготовки водителей транспортных средств категории "В" (далее – программа) разработана в с...»

«методы обхода брандмауэров крис касперски, ака мыщъх, no-email брандмауэры (они же firewall'ы) сейчас используются повсеместно. их встраивают в DSL-модемы, WiFi-точки доступа, маршрутизаторы, операционные...»

«Падар Юлия Андреевна КАТЕГОРИЯ АДРЕСАТНОСТИ В УКРАИНСКОЙ МЕМУАРИСТИКЕ НАЧАЛА ХХ ВЕКА (АКСИОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ) В статье рассматривается взаимосвязь категорий адресатности и аксиологичности в украинских мемуаристических текстах на...»

«SCIENCE TIME МЕТОДЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ОЦЕНКИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ БАНКОВСКОЙ СИСТЕМЫ РОССИИ Вороханова Юлия Михайловна, Волжский Гуманитарный институт (филиал) Волгоградского Государственного Университета, г. Волжский E-mail: homenig2001@yahoo.com Щипакина...»

«Инв. № _ Томская федерация туризма Томский Клуб Туристов Отчет о горном походе 5 к. с. по Киргизскому Ала-тоо (Северный Тянь-Шань) совершенном с 1 по 17 августа 2003 г. Маршрутная книжка № O 67 03 Руководитель группы: Д.П. Стальмаков. Адрес руководителя: г. Томск ул. Киевская 15 кв 122 тел.444-916 e-mail: dst@rbcmail.ru Авт...»

«ОБЗОРНЫЕ СТАТЬИ Самарская Лука. 2008. – Т. 17, № 3(25). – С. 468-499. © 2008 Н.М. Матвеев, А.Н. Козлов* СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РОЛИ АБИОТИЧЕСКИХ И БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ На основании обзора большого литературного материала показана роль абиотических (температура, осадки) и биотических (водоро...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.