Site Loader

Содержание

Описание параметра «Тип учитываемой электроэнергии (A/R)»

В электрический цепях, содержащих комбинированную нагрузку, полная мощность, потребляемая от сети, складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную на грузку на силовые линии питания.  Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами (cosφ), называется коэффициентом мощности.

В электрических сетях, содержащих только активную нагрузку (лампы накаливания, электронагреватели и др.) ток и напряжение изменяются синфазно, и из сети потребляется только полезная активная мощность.

Но в реальной жизни это бывает достаточно редко. Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором).

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети.

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени, когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершает колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно).

Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (φ) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е. cos(φ)=P/S.

Появление реактивной составляющей в сети можно отобразить на векторных диаграммах следующим образом:

Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом.

Чем ближе значение cos(φ) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности

Для большинства промышленных потребителей наличие в сетях реактивной энергии означает следующее: по сетям между источником электроэнергии и потребителем кроме совершающей полезную работу активной энергии протекает и реактивная энергия, не совершающая полезной работы и направленная только на создание магнитных полей в индуктивной нагрузке.  Протекая по кабелям и обмоткам трансформаторов, реактивный ток снижает в пределах их пропускной способности долю протекаемого по ним активного тока, вызывая при этом значительные дополнительные потери в проводниках на нагрев — т.е. активные потери. Из этого следует, что согласно современным правилам расчета за электроэнергию, потребитель вынужден как минимум дважды платить за одни и те же непроизводительные затраты. Один раз — непосредственно за потребленную из сети реактивную энергию (по счетчику реактивной энергии) и второй раз — за нее же, но косвенно, оплачивая активные потери от протекания реактивной энергии, учитываемые счетчиком активной энергии.

            Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитирующим фактором, неблагоприятным для сети в целом. В результате этого: 

  • увеличиваются расходы на электроэнергию;
  • приходится платить штрафы за снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности
  • возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
  • увеличивается нагрузка на трансформаторы и коммутационную аппаратуру, таким образом, снижается срок их службы
  • увеличивается нагрузка на провода, кабели — приходится использовать большего сечения;
  • отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).
  • увеличивается уровень высших гармоник в сети

Регулирования активной и реактивной мощности синхронного генератора при подключении к сети

 

DOI: 10.32743/UniTech.2021.82.1-3.21-25

 

АННОТАЦИЯ

Регулирование активной и реактивной мощности генераторов при подключении к сети всегда было важным вопросом исследований электростанций и электрических сетей для эффективного использования энергии и стабильной работы двигателей. В повседневной жизни потребление электроэнергии в жилых домах постоянно меняется (больше ночью и меньше днем; больше летом и зимой, меньше весной и осенью), поэтому для рационального использования ресурсов и улучшения экономики необходимы мониторинг и регулирование активной мощности в реальном времени. В последнее время большинство приборов, подключенных к сети, являются индуктивными. Поэтому система питания должна загружать много реактивной мощности помимо активной. Согласно статистике, реактивная мощность, потребляемая промышленными предприятиями, необходимая асинхронному двигателю в энергосистеме, составляет 60–65 %, 20–25 % силовых трансформаторов и 10 % приходятся на воздушный электрические сети и другого оборудования [2]. Реактивная мощность, поставляемая энергосистемой, распределяется между всеми генераторами, что вызывает проблему того, сколько должен выдерживать каждый генератор и как регулировать реактивную мощность генераторов. В этой статье подробно анализируются методы регулирования активной и реактивной мощности, диапазон регулирования, угловые характеристики мощности и электромагнитное соотношение активной и реактивной мощности.

ABSTRACT

The regulation of active and reactive power of generators when connected to the grid has always been an important issue in the research of power plants and electrical networks for efficient use of energy and stable operation of motors. In everyday life, electricity consumption in residential buildings is constantly changing (more at night and less during the day; more in summer and winter, less in spring and autumn), therefore, real-time monitoring and regulation of active power is necessary for rational use of resources and improving the economy. Most of the loads connected to the mains are inductive lately. Therefore, the power supply system must load a lot of reactive power in addition to active power. According to statistics, the reactive power consumed by industrial enterprises required for an induction motor in the power system is 60–65 %, 20–25 % of power transformers and 10 % for overhead electrical networks and other equipment. The reactive power supplied by the power system is shared among all generators, which raises the problem of how much each generator has to handle and how to regulate the reactive power of the generators.

This article analyzes in detail the methods for regulating active and reactive power, the control range, the angular characteristics of power and the electromagnetic ratio of active and reactive power.

 

Ключевые слова: угол мощности, ток возбуждения, активное регулирование, регулирование реактивной мощности, статическая устойчивость.

Keywords: power angle, excitation current, active regulation, reactive power regulation, static stability.

 

1. Введение. В этой статье обсуждается, как отрегулировать активную и реактивную мощность после параллельного подключения генератора в основном для бесконечной электросети. Это означает, что изменение режима работы подключаемого генератора практически не может повлиять на изменение напряжения  или частоты  сети, где они остаются неизменными, т.е.  = const и  = const. Внутренний процесс анализируется с помощью векторной диаграммы или угла мощности при регулировке.

Регулировка активной мощности должна изменить входную мощность первичного двигателя для изменения выходной мощности генератора в соответствии с характеристикой угла мощности. Если изменяется только ток возбуждения генератора, можно регулировать только реактивную мощность генератора.

2. При перевозбуждении выдается индуктивная реактивная мощность, а реакцией якоря является размагничивание; при слабом возбуждении генератор  производит емкостную реактивную мощность и реакция якоря может усилиться (также может размагничиваться). Обычный генератор возбуждения выдает только активную мощность с коэффициентом мощности, показанным на рис. 1 [2; 8; 6; 7].

2. Регулирование реактивной мощности синхронного генератора и анализ его работы. Предпосылка анализа заключается в том, что в качестве примера берем двигатель со скрытым полюсом. Эффектом насыщения и сопротивлением якоря пренебрегаем. Тогда сеть рассматривается как бесконечная, напряжение – неизменным, а частота – нормальной.

2.1. Выход без нагрузки на стабильную активную мощность. Когда генератор не выдает активную мощность, потребляемую первичным двигателем, просто компенсируются различные потери и не выводятся электромагнитные потери (без учета потерь в меди статора), поэтому угол мощности δ = 0°, электромагнитная мощность  = 0, как показано на рис. 1. В это время, хотя электродвижущая сила поля , напряжение сети U могут присутствовать и есть токовый выход, это реактивный ток. Когда входная мощность  первичного двигателя увеличивается, входной крутящий момент увеличивается и  ( – крутящий момент без нагрузки). В это время остаточный крутящий момент () действует на вал двигателя, так что ускорение ротора, главное магнитное поле ротора () и прямая ось d опережают эквивалентное статору синтетическое магнитное поле (). Поскольку магнитное поле ограничено частотой сети, скорость вращения остается синхронной, а соответственно, и электродвижущая фаза. Величина  опережает вектор напряжения на клеммах генератора  на фазовый угол, поэтому δ > 0°,  > 0, генератор выдает активный ток наружу, а электромагнитный момент  при этом появляется соответствующий к электромагнитному моменту  Когда δ увеличивается так, что соответствующий электромагнитный крутящий момент в точности равен остаточному крутящему моменту (), ротор возвращается к синхронной скорости, и генератор работает стабильно под углом δ, как показано на рисунке 1 (B) и 1 (С) [2; 6].

В это время выходная активная мощность генератора равна:

.                                                               (1)

Если это явнополюсный синхронный генератор, его угловая характеристика мощности равна:

.                                          (2)

Также можно видеть, что угол мощности – это угол между осью магнитного полюса ротора и осью магнитного полюса воздушного зазора в пространстве и угол между электродвижущей силой возбуждения  и напряжением U во времени [1–8].

Рисунок 1. Параллельно с бесконечной электросетью синхронный генератор вырабатывает активную мощность от холостого хода до стабильной выходной мощности

 

2.2. Регулировка активной мощности при статической и стабильной работе синхронного генератора. Активная мощность синхронного генератора, подключенного к системе большой мощности, регулируется мощностью первичного двигателя. При увеличении мощности первичного двигателя, т. е. вращающего момента первичного двигателя (паровой или гидравлической турбины), увеличивается активная составляющая тока генератора, одновременно с этим увеличивается и угол, что понижает запас устойчивости генератора. Для того чтобы синхронный генератор не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо увеличивать ток возбуждения.

Векторная диаграмма генератора с невыпадающими полюсами, например, показана на рисунке 2. Текущий ток можно контролировать с помощью:

;                                                                       (3)

.                                                               (4)

Объяснение. Из рисунка видно, что по мере изменения активной мощности изменяется угол δ, а затем изменяется угол , изменяется I cos, а также изменяется I sin, то есть изменяется величина реактивной мощности, а также может поменяться характер. В частности, когда активная мощность увеличивается, ток возбуждения не изменяется, а активная мощность  увеличивается, I cos увеличивается.

Тогда  увеличивается, затем sin увеличивается, то есть δ увеличивается и  уменьшается, ток якоря I увеличивается, а угол коэффициента мощности  уменьшается. Следовательно, угол δ мощности фактически отражает угол кручения синтетического магнитного поля статора, и тем больше электромагнитная мощность  и электромагнитный момент . Причина образования δ заключается в том, что существует поперечный ток реакции якоря  (составляющая тока якоря  в направлении ), поэтому поперечная реакция якоря заключается в том, что магнитодвижущая сила создает электромагнитный момент и выполняет электромеханическое преобразование энергии [2; 7].

Необходимые условия. Однако входная мощность от первичного двигателя не может быть увеличена без ограничений для увеличения электромагнитной мощности генератора. Для генератора со скрытыми полюсами, когда угол мощности δ достигает 90°, электромагнитная мощность достигает максимального значения . Если входная мощность от первичного двигателя увеличивается, новый баланс не может быть установлен и скорость двигателя будет постоянно увеличиваться и терять шаг и статическую устойчивость [2; 7; 1].

 

Рисунок 2. Синхронный генератор поддерживает постоянным ток возбуждения  для регулировки активной мощности генератора

 

3. Регулирование реактивной мощности и анализ работы синхронного генератора. Если генератор подключен параллельно к сети в идеальных условиях, указанных выше, при исследовании регулирования реактивной мощности генератора также можно считать, что мощность электросети достаточно велика, а напряжение электросети и частота не изменятся.

3.1. Анализ регулирования тока возбуждения без нагрузки. Когда ток якоря равен нулю, переключатель холостого хода замкнут, как показано на рисунке 3 (A), ток возбуждения является нормальным возбуждением; когда переключатель холостого хода замкнут, генератор не будет генерировать активную или реактивную мощность.

Если выходной сигнал первичного двигателя остается неизменным, ток возбуждения увеличивается, он будет в перевозбужденном состоянии, и генератор будет посылать обратный реактивный ток, чтобы вызвать реакцию размагничивания якоря, как показано на рисунке 3 (B).

Ток возбуждения начинает уменьшаться по сравнению с нормальным возбуждением, он будет в недовозбужденном состоянии, и генератор будет посылать опережающий реактивный ток для генерации реакции намагниченного якоря, как показано на рисунке 3 (C) [2; 8; 6; 7; 1].

 

Рисунок 3. Фазово-векторная диаграмма регулировки тока возбуждения без нагрузки

 

3.2. Регулировка реактивной мощности при активной нагрузке. Когда генератор нагружен активной нагрузкой и выходная активная мощность остается неизменной, взаимосвязь между током якоря генератора и током возбуждения также может быть проанализирована с помощью векторной диаграммы электродвижущей силы. Учитывая, что напряжение постоянно, а сопротивление не учитывается.

Если тогда:

Когда ток возбуждения регулируется для изменения , ток статора генератора и коэффициент мощности также изменяются соответственно. Из рисунка 3 видно, что векторная диаграмма активного тока I cos постоянная, вектор тока статора  в конце траектории представляет собой горизонтальную линию AB, перпендикулярную вектору напряжения . Из формулы (5)  и  = , изменение вектора  в конце и вектор напряжения  параллельны прямой линии CD. В соответствии с вышеуказанными условиями на рисунке 4 представлены четыре типичные векторные диаграммы.

В первом случае нагрузка генератора только активной мощностью, без выхода реактивной мощности, минимальный ток статора для нормального возбуждения и cos = 1.

Во втором случае ток возбуждения увеличивается исходя из нормального возбуждения. В это время  находится в сверхвозбужденном состоянии. Ток статора () ниже напряжения на клеммах.

В третьем случае ток возбуждения уменьшается на основе нормального возбуждения. В это время  находится в недовозбужденном состоянии, а ток статора опережает напряжение на клеммах . В дополнение к активной мощности в сеть двигатель также передает в сеть расширенную емкостную реактивную мощность, что означает, что генератор поглощает индуктивную реактивную мощность из сети.

В четвертом случае необходимо дополнительно уменьшить ток возбуждения, электродвижущая сила  еще больше уменьшится, угол мощности и ведущий коэффициент мощности cos будут продолжать увеличиваться, чтобы увеличить значение тока статора. Однако это изменение ограничено. Когда ЭДС холостого хода достигает генератор достигнет предельного состояния стабильной работы из-за предела угла мощности < 90°.

Дальнейшее снижение тока возбуждения не сможет работать стабильно, а также потеряет статическую устойчивость.

Рисунок 4. Векторная диаграмма регулировки тока возбуждения при U = constant и = constant

 

4. Вывод. Регулирование активной мощности повлияет на изменение реактивной мощности. Когда активная мощность генератора увеличивается, уменьшение реактивной мощности будет вызвано постоянным током возбуждения и напряжением сети.

При регулировке тока возбуждения необходимо изменить реактивную мощность, хотя на значение активной мощности двигателя это не влияет, а ток якоря сначала уменьшается, затем увеличивается.

Если ток возбуждения установлен слишком низким, двигатель может потерять устойчивость и будет вынужден остановиться.

Список литературы:

  1. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах : учебник для электроэнергет. спец. вузов. 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1985. – 536 с.
  2. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий : учебник. 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1979. – 431 с.
  3. Повышение коэффициента полезного действия в результате изменения магнитодвижущей силы обмоток машин переменного тока / И.К. Исмоилов [и др.] // Проблемы современной науки и образования. – 2019. – № 11-1 (144).
  4. Проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения / З.З. Туйчиев [и др.] // Проблемы науки. – 2019. – № 10 (46).
  5. Электрические цепи, содержащие нелинейные элементы, и методы их расчета / Т.К. Жабборов [и др.] // Вестник науки и образования. – 2019. – № 19-2 (73).
  6. Юрганов А.А. Сравнение российских и зарубежных стабилизаторов режима // Электротехника, энер­гетика, электроника: сб. докл. науч. конф. – СПб. : СЗПИ, 2000. – С. 30–47.
  7. Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. – СПб. : Наука, 1996. – С. 61–88.
  8. Jicheng Li. Design and application of modern synchronous generator excitation systems / Li Jicheng, Tsinghua University, China. – Hoboken, NJ, USA : Wiley-IEEE Press, 2019.

Компенсация реактивной мощности в теории

Компенсация реактивной мощности (КРМ). Появление термина «реактивная» мощность связано с необходимостью выделения мощности, потребляемой нагрузкой, составляющей, которая формирует электромагнитные поля и обеспечивает вращающий момент двигателя. Эта составляющая имеет место при индуктивном характере нагрузки. Например, при подключении электродвигателей. Практически вся бытовая нагрузка, не говоря о промышленном производстве, в той или иной степени имеет индуктивный характер. В электрических цепях, когда нагрузка имеет активный (резистивный) характер, протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) от напряжения. Если нагрузка имеет индуктивный характер(двигатели, трансформаторы на холостом ходу), ток отстает от напряжения. Когда нагрузка имеет емкостной характер(конденсаторы), ток опережает напряжение.

Суммарный ток, потребляемый двигателем, определяется векторной суммой

1. Iа— активный ток
2. Iри— реактивный ток индуктивного характера

К этим токам привязаны мощности потребляемые двигателем.

  1. Р– активная мощность привязана к Iа(по всем гармоникам суммарно)
  2. Q– реактивная мощность привязана к Iри(по всем гармоникам суммарно)
  3. A– полная мощность потребляемая двигателем. (по всем гармоникам суммарно)

Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации. Тем самым мы снижаем нагрузку на провода и кабели, повышаем напряжение на клеммах двигателя, снижаем платежи за реактивную мощность, имеем возможность подключить дополнительные станки за счет снижения тока потребляемого с силового трансформатора.

Параметр определяющий потребление реактивной мощности называется Cos (φ)

Cos (φ) = P1гарм/ A1гарм

P1гарм— активная мощность первой гармоники 50 Гц
А1гарм— полная мощность первой гармоники 50 Гц
где,

A = √P² + Q²

Таким образом, сos (φ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению сos (φ), т.к. низкий сos (φ) несет следующие проблемы:

  1. Высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной мощности)
  2. Высокие перепады напряжения в электрических линиях(например 330…370 В, вместо 380 В)
  3. Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.

Из всего вышеприведенного, понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Чего легко можно достичь применением активных компенсирующих установок. Конденсаторы в которых будут компенсировать реактивную мощность двигателей.

Потребители реактивной мощности

Потребителями реактивной мощности, необходимой для создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи(трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприёмники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии которые по принципу своего действия используют магнитное поле(асинхронные двигатели, индукционные печи и т. п.). До 80-85% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминесцентное освещение и т.п.

Трансформатор как потребитель реактивной мощности. Трансформатор является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от электростанции до потребителя. В зависимости от расстояния между электростанцией и потребителем и от схемы передачи электроэнергии число ступеней трансформации лежит в пределах от двух до шести. Поэтому установленная трансформаторная мощность обычно в несколько раз превышает суммарную мощность генераторов энергосистемы. Каждый трансформатор сам является потребителем реактивной мощности. Реактивная мощность необходима для создания переменного магнитного потока, при помощи которого энергия из одной обмотки трансформатора передаётся в другую.

Асинхронный двигатель как потребитель реактивной мощности. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 60-65% всей реактивной мощности нагрузок энергосистемы. По принципу действия асинхронный двигатель подобен трансформатору. Как и в трансформаторе, энергия первичной обмотки двигателя– статора передаётся во вторичную– ротор посредствам магнитного поля.

Индукционные печи как потребители реактивной мощности. К крупным электроприемникам, требующим для своего действия большой реактивной мощности, прежде всего, относятся индукционные печи промышленной частоты для плавки металлов. По существу эти печи представляют собой мощные, но не совершенные с точки зрения трансформаторостроения трансформаторы, вторичной обмоткой которых является металл (садка), расплавляемый индуктированными в нём токами.

Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей, также относятся к крупным потребителям реактивной мощности. Выпрямительные установки нашли широкое применение в промышленности и на транспорте. Так, установки большей мощности с ртутными преобразователями используются для питания электроизоляционных ванн, например при производстве алюминия, каустической соды и др. Железнодорожный транспорт в нашей стране почти полностью электрифицирован, причём значительная часть железных дорог использует постоянный ток преобразовательных установок.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях

Смотрите также: Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (КРМ)

С другой стороны, элементы распределительной сети(линии электропередачи, повышающие и понижающие трансформаторы) в силу особенностей конструктивного исполнения имеют продольное индуктивное сопротивление. Поэтому, даже для нагрузки потребляющей только активную мощность, в начале распределительной сети будет иметь место индуктивная составляющая– реактивная мощность. Величина этой реактивной мощности зависит от индуктивного сопротивления распределительной сети и полностью расходуется на потери в элементах этой распределительной сети.
Действительно, для простейшей схемы:

Р– активная мощность в центре питания,
Рн– активная мощность на шинах потребителя,
R – активное сопротивление распределительной сети,
Q – реактивная мощность в центре питания,
Qн– реактивная мощность на шинах потребителя.
U – напряжение в центре питания,
Uн– напряжение на шинах потребителя,
Х– индуктивное сопротивление распределительной сети.

В результате, независимо от характера нагрузки, по распределительной сети от источника питания будет передаваться реактивная мощностьQ. При двигательном характере нагрузки ситуация ухудшается– значения мощности в центре питания увеличивается и становится равными:

Р= Рн + ( Рн² + Qн² ) * R / Uн²;
Q = Qн + ( Рн² + Qн² ) * X / Uн².

Передаваемая от источника питания к потребителю реактивная мощность имеет следующие недостатки:

В распределительной сети возникают дополнительные потери активной мощности – потери при транспорте электрической энергии:
∆Р= ( Рн² + Qн² ) * R ,
часть которых(а иногда и значительную) составляют потери от транспорта реактивной мощности.

Величина напряжения у потребителя, а, следовательно, и качество электрической энергии, снижается:
Uн= U – ( P * R + Q * X ) / U.

Увеличивается загрузка распределительной сети током, что лишает потребителя возможности перспективного развития.

Таким образом, транспортировка реактивной мощности по распределительным сетям от центров питания к потребителям превращается в сложную технико-экономическую проблему, затрагивающую как вопросы экономичности так и вопросы надежности систем электроснабжения.

Классическим решением данной проблемы в распределительных сетях является компенсация реактивной мощности у потребителя путём установки у него дополнительных источников реактивной мощности– потребительских статических конденсаторов.

Тэги: реактивная мощность, компенсация реактивной мощности, КРМ

Активная электрическая энергия. Счетчик, активной, реактивной мощности


О природе реактивной энергии

  • Для следующих двух четвертьпериодов вышеописанная история повторяется с тем лишь различием, что токи заряда и разряда емкости потекут в противоположных направлениях.
    В случае включения вместо конденсатора катушки индуктивности, суть процесса не изменится.

    В этом и состоит главный фокус реактивной энергии — в момент ‘прилива’ мы заполняем свои цистерны

    , в момент отлива же, мы
    сливаем их содержимое обратно
    . Как можно заметить из этой простой аналогии, мы просто туда-сюда переливаем жидкость
    (или ток в электроцепях)
    . Если же мы соблазнимся слить хоть немного жидкости ‘налево’
    (включить последовательно с реактивным конденсатором активный резистор)
    , то мы станем брать
    ‘несколько больше’
    чем возвращать, а это
    ‘несколько больше’
    уже является активной энергией по определению
    (ведь мы эту часть не возвращаем обратно, не так ли?)
    , за которую как известно, приходится платить.

    Или иной пример: предположим, что мы берем у кредитора некоторую сумму денег взаймы и сразу же возвращаем ему взятый только что кредит. Если мы отдадим ровно столько, сколько взяли (чистая реактивность) — мы придем к исходному состоянию и никто никому не будет ничего должен. В случае же, если мы потратим часть кредита на какую ни будь покупку и вернем то, что осталось от кредита после совершения покупки (добавим в цепь активную нагрузку и часть энергии уйдет из системы)

    — мы будем все еще должны. Эта потраченная часть является активной составляющей взятого нами кредита.

    Теперь у вас может возникнуть один весьма резонный вопрос — если все так просто, и для того чтобы энергия считалась реактивной, ее просто нужно полностью вернуть обратно источнику, почему предприятия вынуждены платить за потребляемую (и полностью возвращаемую)

    реактивную энергию?

    Все дело в том, что в случае чисто реактивной нагрузки, момент максимально потребляемого тока (реактивного)

    приходится на момент минимального значения напряжения, и наоборот, в момент максимума напряжения на клеммах нагрузки, протекающий через нее ток равен нулю.

    Протекающий реактивный ток греет питающие проводники — но это активные потери, вызванные протеканием реактивного тока по проводникам с ограниченной проводимостью, что эквивалентно последовательно включенным с реактивной нагрузкой активным резистором. Так же, поскольку в момент максимума реактивного тока напряжение на полюсах реактивного элемента переходит через ноль, активная мощность подводимая к нему в этот момент (произведение тока и напряжения)

    равна нулю. Вывод — реактивный ток вызывает нагрев проводов, не совершая при этом никакой полезной работы. Следует заметить, что эти потери так-же является активными и будут засчитываться бытовым счетчиком активной энергии.

    Большие предприятия сопсобны генерировать достаточно большие реактивные токи, которые отрицательно сказываются на функционировании энергосистемы. По этой причине, для них проводится учет как активной, так и реактивной составляющей потребленной энергии. Для уменьшения генерации реактивных токов (вызывающих вполне реальные активные потери)

    , на предприятиях размещают установки компенсации реактивной мощности.

  • Реактивная мощность – как современные счётчики заставляют вас платить “за пустоту”

    Сегодня я расскажу вам про реактивную мощность

    и то, как новые счётчики накидывают до 50% киловатт-часов «за так» – это
    полезно знать
    всем!

    Реактивная мощность – обратная сторона «экономных» приборов

    Есть два типа электрических приборов – «линейные

    » и «
    нелинейные
    «.
    Линейные
    приборы не содержат конденсаторов или катушек, они по сути аналоги обычных резисторов. Это электрические нагреватели и лампы накаливания.
    Нелинейные
    приборы имеют внутри себя
    накопители энергии
    – катушки или конденсаторы (ёмкости).

    Такие приборы, 50 раз в секунду превращаются из потребителя тока в его генератор

    – когда эти самые накопители начинают «отдавать награбленное». Получается ситуация «с ног на голову» – когда синусоида напряжения от источника проходит вблизи нуля, ток
    течёт наоборот
    – к источнику,
    нагревая
    и провода и соединители и сами обмотки трансформатора на подстанции.

    Этот «ток наоборот» электротехники называют «реактивной мощностью

    «, в отличие от «
    активной
    «, которая питает приборы. Такая мощность –
    головная боль
    и долгое время с ней боролись лишь энергетики. Но наступило время рынка и энергетики решили, что нужно переложить часть проблемы
    на нас
    – потребителей. С этого момента счётчики начали фиксировать не только активную, но и реактивную мощность,
    приплюсовывая
    её к общему числу киловатт-часов.

    Так что если в вашем доме есть электродвигатели

    (пылесос, стиральная машина, кондиционер),
    импульсные блоки питания
    (светодиодные лампы, компьютер, телевизор, холодильник), вы каждый месяц платите до 50% денег буквально «
    ни за что
    «.

    Как снизить долю «пустой» мощности в вашей проводке

    На каждом электрическом приборе есть шильдик

    – табличка, где указаны главные параметры устройства: питающее напряжение, частота переменного тока, артикул, дата производства, производитель и, к сожалению не всегда,
    коэффициент мощности
    или косинус фи (cos ф). Эта цифра всегда
    от нуля до единицы
    , например 0,89 и именно она показывает, какая часть мощности этого прибора – «пустая» или реактивная. Отсюда логичный вывод: покупая прибор
    следите
    , чтобы эта цифра была
    не ниже 0,95
    .

    Переносной анализатор

    Переносные анализаторы качества электроэнергии фирмы CIRCUTOR серий AR-5 и AR-5L предназначены для измерения качественных и количественных показателей электроэнергии в однофазных, трех- и четырехпроводных трехфазных сетях переменного тока. Прибор применяется при обследовании электросетей с целью построения графиков потребления активной и реактивной мощности, определения показателей качества энергии, проверки приборов и систем учета, подбора фильтрокомпенсирующего оборудования, обнаружения утечек электроэнергии и неисправностей электрооборудования. Электроанализатор имеет все необходимое для работы в портативном режиме: небольшой вес, автономное питание, большую память для хранения данных и возможность перепрограммирования для решения разнообразных задач. Подробнее

    Активная электрическая энергия. Счетчик, активной, реактивной мощности

    Dubovich
    , ваши рассуждения неверны. Всю теорию объяснить не могу, т.к. это долго, да и объяснять «на пальцах» сложно. Попробуйте разобраться сами, гугл и википедия вам в помощь. На конкретные вопросы, если возникнут, я отвечу.

    Одно могу сказать, потребление и генерация реактивки — понятия, можно сказать, условные. И счётчик крутит так, как ему положено. Если включить в сеть, например, идеальную ёмкость, то ток через неё потечёт, и весьма конкретный, и амперметр его покажет. Только сдвинут он будет на 90 градусов от напряжения. А счётчик активной энергии крутиться не будет.

    Понятие т.н. «реактивной мощности» вводится для цепей переменного тока с тем, чтобы оценить сколько мощности «гоняется» почти бесцельно от источника к нагрузке и обратно (при этом в итоге передачи энергии не происходит, на выходе нуль без палочки). Реактивная мощность создается, если нагрузка потребляет ток, сдвинутый по фазе относительно приложенного напряжения, что характерно, например, для нагрузок типа двигатель (ток отстает от напряжения) или конденсатор (ток опережает напряжение).

    На самом деле ни потреблять ни генерировать реактивную мощность невозможно — физически это вообще не мощность, а лишь мера бесцельного (с точки зрения передачи энергии) перекачивания энергии туда-сюда с нулевым результатом. Однако поскольку реактивная мощность явление вредное и большинство нагрузок имеет индуктивный характер, то условились индуктивный (отстающий) ток считать как некое «потребление реактивной мощности» — с тем, чтобы говорить о фильтро-компенсирующих устройствах как о неких устройствах, «генерирующих» реактивную мощность.

    Реактивная мощность вредна для электросети, т.к. а). реактивный ток не переносит энергию, б). реактивный ток, тем не менее, загружает ЛЭП, трансформаторы и защитно-коммутационные аппараты — т.е. если с реактивной мощностью не бороться, то возможна глупая ситуация, когда ЛЭП не передавая вообще никакой энергии будет перегружена и перегрета из-за большого реактивного тока.

    Поэтому с реактивной мощностью «борются» (вернее ее компенсируют), помимо прочего, путем установки ФКУ, «генерирующих» реактивную мощность, которую тут же потребляют двигатели и прочие катушки индуктивности. Т.о. в результате работы ФКУ сеть не видит реактивного тока нагрузки.

    Для энергетиков предприятий и крупных торговых центров сомнений в существовании реактивной энергии нет. Ежемесячные счета и вполне реальные деньги, которые уходят на оплату реактивной электроэнергии

    , убеждают в реальности ее существования. Но некоторые электротехники всерьез, с математическими выкладками, доказывают, что данный тип электроэнергии фикция, что разделение электрической энергии на активную и реактивную составляющие искусственно.

    Давайте попробуем и мы разобраться в этом вопросе, тем более, что на незнании отличий разных видов электроэнергии спекулируют создатели . Обещая огромные проценты , они сознательно или по незнанию подменяют один вид электрической энергии другим.

    Начнем с понятий активной и реактивной электроэнергии.

    Не вдаваясь в дебри формул электротехники, можно определить
    активную энергию как ту, которая совершает работу:нагревает пищу на электроплитах, освещает ваше помещение, охлаждает воздух с помощью кондиционера.А реактивная электроэнергия создает необходимые условия для совершения подобной работы.
    Не будет реактивной энергии, и двигатели не смогут вращаться, холодильник не будет работать. В ваше помещение не поступит напряжение величиной 220 Вольт, так как ни один силовой трансформатор не работает без потребления реактивной электроэнергии.

    Если на осциллографе одновременно наблюдать сигналы тока и напряжения, то две эти синусоиды всегда имеют сдвиг относительно друг друга на величину, называемую фазовым углом

    . Вот этот сдвиг и характеризует вклад реактивной энергии в полную энергию, потребляемую нагрузкой. Измеряя только ток в нагрузке, выделить реактивную часть энергии невозможно.

    Учитывая, что реактивная энергия не совершает работы, ее можно вырабатывать на месте потребления. Для этого служат конденсаторы. Дело в том, что катушки и конденсаторы потребляют различные виды реактивной энергии: индуктивную и емкостную соответственно.

    Они сдвигают кривую тока по отношению к напряжению в противоположные стороны.

    В силу этих обстоятельств конденсатор можно считать потребителем емкостной энергии или генератором индуктивной.

    Для двигателя, потребляющего индуктивную энергию, конденсатор, расположенный рядом, может стать ее источником. Такая обратимость возможна только для реактивных элементов схемы, не совершающих работу. Для активной энергии подобная обратимость не существует: ее генерация связана с затратами топлива. Ведь прежде чем совершить работу, нужно затратить энергию.

    В бытовых условиях за реактивную энергию электропередающие организации плату не изымают, и бытовой счетчик считает только активную составляющую электрической энергии. Совершенно другая ситуация на крупных предприятиях: большое количество электродвигателей, сварочных аппаратов и трансформаторов, для работы которых требуется реактивная энергия, создают дополнительную нагрузку на линии электропередач. При этом растет ток и тепловые потери уже активной энергии.

    В этих случаях потребление реактивной энергии учитывается счетчиком и отдельно оплачивается. Стоимость реактивной электроэнергии меньше стоимости активной, но при больших объемах ее потребления платежи могут быть очень значительными. Кроме этого, за потребление реактивной энергии сверх оговоренных значений, накладываются штрафы. Поэтому экономически выгодно для подобных предприятий становится выработка подобной энергии на месте ее потребления.

    Для этого применяются или отдельные конденсаторы, или автоматические установки компенсации, которые отслеживают объемы потребления и подключают или отключают конденсаторные батареи. Современные системы компенсации

    позволяют значительно уменьшить потребление реактивной энергии из внешней сети.

    Возвращаясь к вопросу в заголовке статьи, можно ответить на него утвердительно. Реактивная энергия существует. Без нее невозможна работа электроустановок, в которых создается магнитное поле. Не совершая видимой работы, она, тем не менее, является необходимым условием для выполнения работ, совершаемой активной электрической энергией.

    ИНДУКЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ

    Рис. 1. Часть диска индукционного двухпоточного прибора. Для измерения расхода электроэнергии в цепях переменного тока промышленной частоты применяются счетчики индукционного типа. Принцип действия этих счетчиков основан на взаимодействии магнитных потоков с индуктированными токами в подвижной части прибора. Подвижная часть выполнена в виде алюминиевого диска, укрепленного на оси. Если алюминиевый диск находится между двумя полюсами электромагнитов Л и В, по катушкам которых протекает переменный ток, то магнитные потоки Фд и Фв пронизывают этот диск и индуктируют в нем токи 1А и /в (рис. 1). Ток 1А, взаимодействуя с магнитным потоком Фв, создает некоторое усилие. Второе усилие получается от взаимодействия тока 1В с магнитным потоком ФА. Образующийся в результате вращающий момент пропорционален величинам этих двух потоков и зависит от угла сдвига между ними. На рис. 2 показаны устройство и схема включения однофазного индукционного счетчика. Счетчик состоит из двух электромагнитов 5 и 8, алюминиевого диска 1, укрепленного на оси 2, подпятника 3 и подшипника 4, которые служат опорами оси, постоянного тормозного магнита 7 и счетного механизма, связанного с осью зубчатой передачей (на рисунке не показан). Обмотка электромагнита 5 включена в цепь параллельно, и его сердечник пронизывает магнитный поток Фи, пропорциональный напряжению сети U. Обмотка электромагнита 8 включена последовательно с нагрузкой, и его сердечник пронизывает магнитный поток СР*, пропорциональный току нагрузки I. Оба магнитных по тока индуктируют в алюминиевом диске вихревые токи, которые, взаимодействуя с магнитными потоками, создают вращающий момент М, пропорциональный произведению этих потоков. Для того чтобы счетчик измерял расход активной энергии, необходимо выполнить условие пропорциональности вращающего момента активной мощности, т. е. М = K1IU cos ф = к1Р, где К1 — коэффициент пропорциональности; ф — угол сдвига между током и напряжением. Рис. 2. Схема устройства идукционного счетчика. Пропорциональность вращающего момента току нагрузки и напряжению сети обеспечивается, как было сказано выше. Пропорциональность вращающего момента cos ф обеспечивается созданием определенного угла сдвига между магнитными потоками. Для этой цели магнитный поток параллельного электромагнита расщепляется на два: рабочий и вспомогательный. Рабочий поток пересекает диск и замыкается. через противополюс, расположенный под диском. Вспомогательный поток замыкается через средний и боковые стержни электромагнита, не пересекая диска. Для дополнительной подгонки угла сдвига служит регулятор 6. Он состоит из нескольких витков медной проволоки, намотанных на магнитопровод электромагнита 8 и замкнутых на петлю из никелиновой проволоки. Петля снабжена винтовым зажимом, перемещением которого и производится регулировка. Под действием вращающего момента диск счетчика придет во вращение. При этом возникает тормозной момент, действующий на диск счетчика. Этот момент создается взаимодействием потока Фт тормозного магнита с вихревыми токами, индуктированными в диске его полем. Так как поток тормозного магнита неизменен, то этот момент пропорционален только частоте вращения диска. Кроме того, два тормозных момента создаются потоками параллельного и последовательного электромагнитов. Для того чтобы результирующий тормозной момент, равный сумме трех указанных, как можно меньше зависел от потока Фг-, тормозной момент постоянного магнита выбирается значительно большим тормозного момента последовательного электромагнита. При этом можно с достаточной точностью считать, что результирующий тормозной момент пропорционален только частоте вращения диска п, т. е. Мт = к2п, где к2- коэффициент пропорциональности. При установившейся частоте вращения диска М=МТ, а следовательно, к\Р = КчП, откудап, т. е. угловая скорость диска пропорциональна мощности Р цепи, а частота вращения диска пропорциональна израсходованной энергии. Следовательно, числом оборотов диска счетчика можно измерять израсходованную энергию. Комплекс деталей, состоящий из магнитопроводов и обмоток параллельной и последовательной цепи, называют вращающим элементом счетчика. Счетный механизм представляет собой счетчик оборотов. Получивший преимущественное применение для электрических счетчиков роликовый счетный механизм (рис. 3) состоит в основном из зубчатой передачи, нескольких роликов с нанесенными на них цифрами от О до 9 и прикрывающего передачу и ролики алюминиевого щитка с вырезанными в нем окошками для отсчета измеряемой величины. Вращение подвижной части счетчика через систему шестерен передается счетному механизму. Полному обороту первого ролика соответствует поворот следующего за ним (справа налево) ролика только на одну десятую часть оборота. Третий ролик уже сделает одну десятую часть оборота при полном обороте второго и т. д. Чаще всего в роликовых счетных механизмах имеется пять роликов. В зависимости от числа шестерен и их передаточных чисел единице, зарегистрированной счетным механизмом энергии, будет соответствовать определенная частота вращения подвижной части счетчика. Частота вращения подвижной части, которая вызывает изменение счетного механизма на единицу измеряемой величины, называется передаточным числом счетчика. Передаточное число обычно указывается на щитке счетчика. Например: 1 квт-ч — 450 об. диска. Число часов работы счетчика при нормальной нагрузке, необходимое для полной смены всех цифр, называется емкостью счетного механизма.

    Рис. 3. Роликовый счетный механизм. Для учета электроэнергии в трехфазных трехпроводных цепях (без нулевого провода) применяются двухэлементные счетчики. Трехфазный двухэлементный счетчик состоит как бы из двух помещенных в один корпус однофазных счетчиков, вращающие элементы которых воздействуют на одну общую подвижную часть, соединенную со счетным механизмом (рис. 4). При этом вращающие моменты, созданные каждым элементом, складываются. Счетчик включен по схеме двух ваттметров (схема Арона). Результирующий вращающий момент пропорционален активной мощности трехфазной цепи.

    Для учета электроэнергии в четырехпроводных цепях (с нулевым проводом) применяются трехэлементные счетчики. Такие счетчики имеют три элемента, воздействующие либо на три диска (например, в счетчике СА4-ТЧ), либо на два диска (например, в счетчике СА4-И672М). Рис. 5. Схема счетчика реактивной энергии СРЗ-И44. Счетчики реактивной энергии по принципу действия и конструкции сходны со счетчиками активной энергии. Рис. 4. Схема устройства трехфазного двухэлементного двухдискового счетчика. Отличие их состоит в том, что суммарный вращающий момент пропорционален синусу угла между током и напряжением. На рис. 5 приведена схема счетчика типа СРЗ, предназначенного для учета реактивной энергии в трехпроводной сети. Как видно из схемы, на параллельные обмотки подаются напряжения «чужих» фаз. В цепь параллельных обмоток включены добавочные сопротивления. Угол сдвига между рабочими магнитными потоками параллельной и последовательной цепей составляет 60°. В эксплуатационном отношении счетчики со сдвигом в 60° удобны тем, что схема их включения не. отличается от схемы включения счетчика активной энергии. В счетчиках реактивной энергии типа СР4-ИТР параллельные обмотки включены так же, как и в счетчике типа СРЗ, но без добавочных сопротивлений (сдвиг 90°). Каждый из последовательных электромагнитов имеет по две обмотки; основную и дополнительную. Дополнительная обмотка намотана в направлении, противоположном основной (рис. 6). Счетчики этого типа применяются как в трехпроводных, так и в четырехпроводных цепях трехфазного тока. Существуют также трехэлементные счетчики реактивной энергии (СР4-И676) со сдвигом фаз потоков в 90°.

    Рис. 6. Схема счетчика реактивной энергии СР4-ИТР. Эти счетчики являются наиболее рекомендуемыми для учета реактивной энергии в четырехпроводных цепях. По способу включения в сеть счетчики разделяют на счетчики прямого включения (прямоточные), которые включаются без измерительных трансформаторов, и счетчики, включаемые через измерительные трансформаторы. Последние в свою очередь можно разделить на включаемые через измерительные трансформаторы с определенными коэффициентами трансформации и универсальные, т. е. включаемые через любые измерительные трансформаторы. Об определении расхода электроэнергии по показаниям счетчиков различных типов будет сказано ниже. На щитках некоторых счетчиков имеется надпись «со стопором» или «обратный ход застопорен». Диск таких счетчиков может вращаться только в направлении, указанном стрелкой. Допустимая погрешность счетчика определяет его класс точности. Для расчетного учета электроэнергии класс точности счетчиков прямого включения (без измерительных трансформаторов) должен быть для активной энергии не ниже 2,5, а для реактивной энергии не ниже 3. Для счетчиков, включенных через измерительные трансформаторы, класс точности должен быть для активной энергии не ниже 2,0, а для реактивной энергии-не ниже 3. Для присоединений большой мощности (10 Мет и выше) рекомендуется применять счетчики класса точности 1 и выше. Укажем на расшифровку букв в обозначении типа счетчика: С — счетчик; А — активной энергии; Р — реактивной энергии; 3 или 4 — для трехпроводной или четырехпроводной сети; У-универсальный; И — индукционной измерительной системы; П — прямоточный; М — модернизированный. Пример: СА4У-И672М 5а 380в — счетчик активной энергии для включения в четырехпроводную сеть с линейным напряжением 380 в через любые трансформаторы тока.

    Сколько стоит импульсный прибор для остановки счетчиков?

    Стоимость импульсной глушилки для электросчетчика зависит от модели счетного прибора, сводная информация приведена в таблице:

    При индивидуальном изготовлении глушилки для определенной модели счетчика цена договорная. Стоимость устройства для остановки счетчика электроэнергии зависит от цены компонентов, необходимых для сборки и поиска возможностей для вмешательства в работу счетчика.

    Приобретать импульсник для счетчика Энергомера, Нева или Меркурий целесообразно не только при больших объемах потребления электроэнергии.

    Выбрать и купить импульсный прибор для остановки счетчика вы можете в нашем магазине со скидкой.

    Компенсация реактивной мощности — no-regime.com

    С компенсацией реактивной мощности ( PFC ), называемой также реактивным током компенсацией, нежелательное смещением реактивной мощностью и связанный с ним реактивный током от электрических потребителей снижаются в переменном напряжении сети . Большинство потребителей (например, электродвигатели) почти всегда индуктивные, поэтому для компенсации используются конденсаторы.

    Основы

    Реактивная мощность и необходимый реактивный ток необходимы для генерации электростатических или электромагнитных полей . Поскольку эти поля непрерывно нарастают и уменьшаются во времени с переменным напряжением, энергия непрерывно колеблется между генератором и потребителем электроэнергии. Его нельзя использовать или преобразовать в другую форму энергии . Эта мощность нагружает сеть электропитания, по которой в дополнение к активному току должен передаваться реактивный ток, а также генераторы или трансформатор, в которых вырабатывается реактивная мощность.

    Некомпенсированная реактивная мощность требует более мощных (синхронных) генераторов. Если реактивная мощность высока, дополнительные синхронные генераторы с магнитным перевозбуждением могут потребоваться только для компенсации. Большинство генераторов являются синхронными генераторами, которые могут компенсировать реактивную мощность в режиме «фазовращателя», но лишь очень немногие потребители электроэнергии оснащены емкостными устройствами для компенсации реактивной мощности.

    Линии электропередач также вызывают реактивную мощность, хотя этот эффект невелик для воздушных линий, но может быстро стать значительным для подземных и подводных кабелей из-за большей пропускной способности .

    Система компенсации реактивной мощности, 75 кВАр

    В более крупных системах сумма отдельных несоответствий может стать большой и перегрузить общую энергосистему.

    Обычные счетчики энергии регистрируют только активную энергию. По этой причине специальные счетчики для измерения реактивной энергии в первую очередь устанавливаются у крупных коммерческих потребителей, чтобы распределить возникающие затраты.

    При превышении определенного размера постоянные затраты оправдывают установку не совпадающего по фазе потребителя, системы компенсации реактивной мощности . Он подключен ко всем индуктивным потребителям в центральной точке питания. Его противодействующая реактивная мощность, по возможности, равна установленной индуктивной реактивной мощности. Эта мера называется компенсацией .

    Статическая система состоит из постоянно установленных или автоматически переключаемых конденсаторов (фильтров активной реактивной мощности), которые поглощают емкостной реактивный ток, направленный противоположно обычно индуктивному реактивному току потребителя, и нейтрализуют его примерно на 95%. Если бы индуктивная реактивная мощность была полностью скомпенсирована, емкостная и индуктивная нагрузки компенсировали бы друг друга только при определенных условиях нагрузки, но снова нагружали бы сеть более низкой нагрузкой из-за емкостной сверхкомпенсации. В более крупном масштабе емкостная реактивная мощность связана с перенапряжениями и трудностями технического контроля, поэтому ее избегают.

    Теоретическое рассмотрение

    Электропотребители в сети низкого напряжения в большинстве своем являются омико-индуктивными, т.е. Это означает, что потребителям необходимо магнитное поле и потребляет для него реактивную мощность. Компенсация реактивной мощности требует параллельного подключения мощностей, обеспечивающих реактивную мощность . Последовательное соединение с расходным материалом не рекомендуется, так как это создаст последовательный резонансный контур, который приведет к короткому замыканию реактивного тока, близкому к его резонансной частоте .

    Однако это не относится к устройствам с известными данными, где возможна точная компенсация (пример: двойное переключение с люминесцентными лампами).

    Реактивная мощность при токе без гармоник

    Компенсация реактивной мощности резистивно-индуктивной нагрузки сети включ . Вставленный конденсатор обеспечивает потребляемую потребителем реактивную мощность; Представление указателя в гауссовой плоскостипотому что⁡φзнак равно0,8-е{\ displaystyle \ cos \ varphi = 0,8}потому что⁡φkзнак равно0,95{\ Displaystyle \ соз \ varphi _ {\ mathrm {k}} = 0,95}

    Следующее соображение относится к синусоидальному напряжению и расходным материалам с синусоидальным и, следовательно, без гармоник потребляемой мощностью. Благодаря системе компенсации реактивный ток в основном перемещается только между расходными материалами и системой компенсации. Сеть снабжения разряжена; На диаграмме напротив указатель для короче, чем для . Я.k{\ displaystyle I _ {\ mathrm {k}}}Я.{\ displaystyle I}

    Количество кажущейся мощности, что является решающим для нагрузки в сети питания является Пифагором суммой из активной мощности и реактивной мощности . Согласно DIN 40110-1 они связаны друг с другом следующим образом: С.{\ displaystyle S} П.{\ displaystyle P} Q{\ displaystyle Q}

    С. {2}}}}

    Реактивная мощность компенсированного потребителя складывается из реактивной мощности индуктивностей и мощностей . QЛ.{\ displaystyle Q_ {L}}QС.{\ displaystyle Q_ {C}}

    Qзнак равноQЛ.+QС.{\ Displaystyle Q = Q_ {L} + Q_ {C} \}

    Индуктивный реактивный ток и емкостной реактивный ток сдвинуты по фазе на 180 ° и, таким образом, имеют противоположные знаки мгновенных значений. Согласно определению, что угол сдвига фаз φ положителен для индуктивных нагрузок, он также положительный; наоборот, для емкостных нагрузок φ и отрицательны. При добавлении правильного знака общая реактивная мощность всегда ниже, чем каждая из величин отдельных реактивных мощностей. QЛ.{\ displaystyle Q_ {L}}QС.{\ displaystyle Q_ {C}}

    Чтобы полностью компенсировать показанную сеть, конденсатор должен обеспечивать реактивную мощность индуктивной сети. Условием компенсации для этого является . Поскольку формула реактивной мощности действительна для каждого пассивного линейного двухполюсника, условие равно . {2} \ omega C \ sin (- \ pi / 2) = 0}Z{\ displaystyle Z}φ{\ displaystyle \ varphi}

    С.знак равногрех⁡φωZ{\ displaystyle C = {\ frac {\ sin \ varphi} {\ omega Z}}}.

    При таком значении емкости сеть оказывает чисто омическое воздействие на входное сопротивление . Zпотому что⁡φ{\ displaystyle {\ frac {Z} {\ cos \ varphi}}}

    Составляющая реактивной мощности обычно основана на коэффициенте мощности, который в данном случае тот же, около λзнак равноП./С.{\ displaystyle \ lambda = P / S \}потому что⁡φ{\ displaystyle \ cos \ varphi}

    потому что⁡φзнак равно0,85…0,95{\ displaystyle \ cos \ varphi = 0 {,} 85 \; \ dots \; 0 {,} 95} (индуктивный)

    компенсируется. В системах двигателей с асинхронными машинами в противном случае существует риск самовозбуждения, если реактивная мощность полностью скомпенсирована. В случае самовозбуждения при отключении питания двигатель становится генератором, и могут возникнуть опасные перенапряжения. Этот случай также известен как случай резонанса.

    При такой же активной мощности потребитель нагружает линию питания пропорционально уменьшенной силой тока, если его реактивная мощность компенсируется в соответствии с коэффициентом мощности . Потери джоулевой проводимости уменьшаются пропорционально квадрату этого отношения. Пример: Если коэффициент мощности увеличивается с до, указанные потери уменьшаются на 40%. П.знак равноUЯ.потому что⁡φ{\ displaystyle P = UI \ cos \ varphi}потому что⁡φ/потому что⁡φk{\ displaystyle \ cos \ varphi / \ cos \ varphi _ {k}}потому что⁡φk>потому что⁡φ{\ displaystyle \ cos \ varphi _ {k}> \ cos \ varphi}потому что⁡φзнак равно0,7-е{\ displaystyle \ cos \ varphi = 0,7}потому что⁡φkзнак равно0,9{\ displaystyle \ cos \ varphi _ {k} = 0,9}

    Другой подход состоит в том, чтобы сделать комплексный импеданс нагрузки чисто реальным, добавив реактивное сопротивление, чтобы оно стало равным. Затем можно рассчитать размеры соответствующего компонента компенсации, используя это условие в форме однородного уравнения. Z_{\ displaystyle {\ underline {Z}}}в⁡{Z_}знак равно0{\ displaystyle \ operatorname {Im} \ {{\ underline {Z}} \} = 0}

    Кроме того, из-за неустойчивой нагрузки на расходный материал полная компенсация часто не может быть осуществлена ​​с помощью простых конденсаторов или катушек . Для этого используются элементы активной коррекции коэффициента мощности или так называемые «системы управления сетью», которые в любой момент обеспечивают необходимое количество реактивной мощности.

    В случае особенно большого количества реактивной мощности в системах энергоснабжения иногда используются генераторы реактивной мощности. Это синхронные генераторы, которые в зависимости от состояния возбуждения могут поглощать или выдавать реактивную мощность. Они также известны как вращающиеся фазовращатели или синхронные фазовращатели .

    Компенсационные системы на подстанции

    Дроссельная катушка

    Конденсаторы

    Однако в настоящее время уровень техники заключается в использовании статических компенсаторов реактивной мощности вблизи индуктивного потребителя или участка линии. Это комбинации емкостей и индуктивностей, которые расположены параллельно компенсируемой нагрузке или компенсируемому участку сети. Таким образом, с помощью тиристорных клапанов регулируется ток в отдельных компонентах и, следовательно, степень коррекции коэффициента мощности. По сравнению с вращающимся фазовращателем, это имеет то преимущество, что система не изнашивается, а статический компенсатор позволяет динамически контролировать колебания нагрузки.

    Реактивная мощность по току с гармониками

    Вышеуказанные соотношения применимы только к синусоидальным кривым напряжения и тока, что обычно имеет место только в линейных сетях. Если в цепи есть нелинейные компоненты, такие как индуктивности магнитного насыщения или источники питания с выпрямителями, ток будет искажен, т.е. т.е. содержит гармоники . В дополнение к реактивной мощности Q основного колебания существует реактивная мощность искажения D, которая суммирует компоненты реактивной мощности гармоник.

    Компенсация реактивной мощности с использованием компенсационных фильтров, таких как конденсаторы, подключенные параллельно, возможна только с одной частотой, обычно с частотой основной гармоники в качестве частоты сети . Реактивная мощность других колебаний чрезмерно или недокомпенсирована. Это может быть исправлено путем мощности коэффициент коррекции фильтров, которые соединены последовательно с нелинейным потребителем и либо смочить гармоники с помощью подходящих фильтров структур или искусственно имитируют синусоидальный кривой ток на стороне сети с использованием электронных схем . Это позволяет довести коэффициент мощности до значения, близкого к 1.

    • Кривые тока и напряжения для гармоник
    • Кривая тока с явными нелинейными искажениями (синяя) с коэффициентом мощности 0,75

    • Компенсируется до коэффициента мощности 1 фильтром коррекции коэффициента мощности

    пример

    Емкостная реактивная мощность без компенсации Компенсированная реактивная мощность

    Соседняя параллельная цепь, состоящая из резистора и конденсатора, подключена к источнику питания 230 В ; указанные токи протекают с частотой 50 Гц. 2.3 Через резистор протекает активный ток, соединительный кабель должен быть рассчитан на общий ток 2,72 А из-за реактивного тока 1,45 А. В дополнение к активной мощности 529 Вт существует реактивная мощность 334 ВАр, которая показывает, сколько энергии за раз колеблется между генератором и конденсатором и излишне нагружает кабели и трансформаторы.

    Чтобы компенсировать эту реактивную мощность, к устройству подключена соответственно выбранная индуктивность 0,5 Гн, реактивный ток которого также составляет 1,45 А. Реактивные токи конденсатора и катушки компенсируют друг друга из-за их противоположных фаз, а общий потребляемый ток падает до 2,3 А. Параллельное соединение катушки и конденсатора идеально представляет собой параллельный резонансный контур, который не потребляет реактивный ток от генератор на 50 Гц. Поскольку P = R линия · I ², потери мощности в линиях питания упадут до 100% · (2,3 / 2,72) ² = 71% от первоначального значения.

    Использование систем компенсации реактивной мощности

    Реактивный ток вызывает омические потери в линиях и трансформаторах. Убытки выплачиваются косвенно регулируемым государством сетевым операторам через плату за использование сети ( Раздел 10 Постановления о сборах за электрические сети ).

    Размер трансформатора определяет максимальную полную мощность, которую можно потреблять. Если доля реактивной мощности высока, соответственно может потребляться меньше активной мощности. Таким образом, система компенсации избавляет от необходимости расширять трансформатор и, возможно, кабели.

    Для оптовых покупателей (заказчиков по специальному контракту) реактивная энергия также измеряется и рассчитывается в счете за электроэнергию. Следовательно, есть денежный стимул для удержания коэффициента производительности в определенных пределах (например, ). Благодаря системе компенсации реактивного тока эти дополнительные расходы идеально исключаются. 0,9<λ<1{\ displaystyle 0 {,} 9 <\ lambda <1}

    Блокировка звуковой частоты

    При использовании компенсации реактивного тока в сети с системой контроля пульсаций может потребоваться использование звуковых частотных барьеров, чтобы предотвратить блокировку сигналов управления пульсациями от сети компенсационными конденсаторами . Для этого конденсаторы снабжены небольшими дросселями, которые практически не работают на сетевой частоте.

    Разное

    Генераторы современных ветряных турбин («ветряные турбины») или типовые инверторы фотоэлектрических систем развязаны от электросети через промежуточную цепь постоянного тока. Также можно регулировать фазовый сдвиг между напряжением и током в поданном трехфазном переменном токе (трехфазный ток). Эти системы больше не нагружают сеть реактивной мощностью ; напротив, они даже используются для компенсации реактивной мощности.

    литература

    • Гюнтер Шпрингер: Опыт в области электротехники. 18-е издание, Verlag — Europa — Lehrmittel, 1989, ISBN 3-8085-3018-9 .
    • Рене Флосдорф, Гюнтер Хильгарт: Распределение электроэнергии. 9-е издание, Verlag BG Teubner, 2005, ISBN 3-519-36424-7 .
    • Вольфганг Юст, Вольфганг Хофманн: Компенсация реактивного тока в практике эксплуатации. 4-е издание, VDE-Verlag, 2003 г., ISBN 3-8007-2651-3 .

    веб ссылки

    Индивидуальные доказательства

    1. RP-Energie-Lexikon — реактивный ток, реактивная мощность, активный ток, мощность, полная мощность, потери энергии, высоковольтные линии, подземные кабели, подводные кабели. В: energie-lexikon.info. Проверено 7 марта 2021 года .

    Интеллектуальные машины новый дизайн


    КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ  
    Модернизации тиристорных возбудительных устройств
    синхронных двигателей карьерных экскаваторов  
         


    Цели модернизации:
    1. Значительное повышение надёжности работы электроприводов с синхронными двигателями
    2. Энергосбережение. Компенсация реактивной мощности потребляемой нагрузками, подключенными к одному фидеру. 
    3. Повышение эксплуатационных свойств электроприводов с синхронными двигателями.  
    4. Снижение прямых финансовых потерь в результате внедрения пунктов 1 и 2 проекта. 
    5. Улучшение условий труда обслуживающего персонала
    Реализация
    Повышение надёжности работы электроприводов с синхронными двигателями. Режим работы синхронного двигателя, его влияние сеть, устойчивость работы в синхронном режиме во многом зависят от тиристорного возбудительного устройства (в дальнейшем ТВУ) управляющего током возбуждения синхронного двигателя.
    Силовые схемы ТВУ во многом схожи, как правило, это согласующий силовой трансформатор, тиристорный выпрямитель, собранный по мостовой или нулевой схеме, тиристорный ключ и гасящее сопротивление.
    Силовая часть ТВУ очень надёжна, её элементы, как правило, исправно служат в течение всей жизни ТВУ.
    Наиболее подвержена отказам система (блоки) управления ТВУ. Именно от системы управления зависят и сугубо электромеханические характеристики синхронного привода, и экономические последствия его работы. Применяющиеся в ТВУ аналоговые системы управления исчерпали свои возможности, за кажущейся внешней простотой скрываются неразрешимые проблемы:
      1. Проблема №1 кадровая – для настройки микропроцессорной  системы МБВ.006 управления специалисту достаточно быть средним пользователем компьютера, таких с каждым годом всё больше. Чтобы настроить аналоговую систему управления, требуются знания и опыт в области электроники, много ли таких специалистов на Вашем предприятии? Их средний возраст? 
      2. Проблема №2 запасные части – для поддержания в рабочем состоянии аналоговых систем, требуются электронные компоненты, большая часть которых давно не выпускаются и приобретаются с хранения.
      3. Проблема №3 в связи с большим числом элементов, в аналоговой системе происходят изменения параметров схемы под воздействием внешней среды.
      4. Проблема №4 аналоговые системы из-за ограничений своей структуры не учитывают всего спектра взаимосвязей параметров электропривода (больше связей – сложнее схема) их алгоритмы управления слишком примитивны.  
    Для повышения надёжности работы синхронного (вообще любого) привода нужна микропроцессорная система управления на современной элементной базе в наиболее полной степени реализующая в себе принцип «прямого цифрового управления». Суть принципа: основную работу в системе выполняет процессор, минимум активных элементов и электрических связей, основное назначение элементов схемы – нормализация сигналов идущих в/из процессора.

    При условии схемотехнически правильной реализации нормализующих цепей (большинство из них – стандартные, проверенные временем решения) в микропроцессорной системе наиболее важны качество алгоритмов управления объектом и кода сервисных функций, глубина проработки алгоритмов управления с учётом всех доступных для анализа сигналов, как поступающих извне, так и вычисляемых косвенно.

    Взаимосвязь алгоритмов управляющих возбуждением синхронного двигателя сложна, но они должны учитывать все, даже самые невероятные ситуации, это касается любого технологического программного обеспечения.
    Всем перечисленным требованиям отвечает Микропроцессорный Блок управления Возбудителем (МБВ).

    Технические особенности МБВ

    Конструктивно МБВ выполнен в виде стального корпуса — моноблока с возможностью крепления, как на стену, так и на дверь возбудителя (6 точек крепления). Внешние разъёмные соединения расположены снизу, в целях исключения попадания на разъёмы воды, которая может попасть на верхнюю крышку блока.

    Моноблочная компоновка с внешними разъёмными соединениями ускоряет замену блока на резервный при возникновении неисправности, в случае необходимости, операция замены займёт не более 10 минут.

    Внутри корпуса размещены 4 платы:

    1. плата процессора (дискретные входы/выходы, разъёмы для подключения внешних интерфейсных плат, аналоговые входы)
    2. плата индикации
    3. плата усилителей импульсов
    4. плата источника питания и датчиков
    Платы объединены между собой гибким шлейфом, применение общей изолированной информационной шины, позволило продублировать все сигналы передаваемые через шлейф и повысить надёжность системы.

    Платы покрыты слоем полиуретанового лака, защищающего их от воздействия влаги и конденсата. Электронные компоненты – в основном SMD (поверхностный монтаж) что повышает стойкость устройства к вибрации. Температурный диапазон компонентов – индустриальный (-40˚С… +85˚С).

    (По рис.1.) Основной элемент структуры МБВ – процессор, окружённый цепями нормализации и защиты дискретных и аналоговых входов/выходов, которые гарантируют выживаемость процессора при попадании на входы схемы статических разрядов и сигналов с уровнем, превышающим номинальные значения.

    Каждый канал усилителя импульсов управления тиристорами имеет обратную связь, благодаря которой ток управления тиристорами поддерживается на постоянном заданном уровне вне зависимости от разброса параметров тиристоров и их изменения от температуры, и колебаниях напряжения питания.

    На процессорной плате установлены интерфейсные разъёмы, для подключения дополнительных плат, в настоящее время доступны:

    • плата изолированных АЦП (позволяет вводить в систему дополнительные не связанные между собой сигналы =75мВ, =10В, =24В, ШИМ (=5-24В, 0-400Гц))
    • изолированный интерфейс RS232
    • изолированный интерфейс RS485
    • изолированный интерфейс Ethernet
    Возможна разработка интерфейсных плат по техническому заданию заказчика.

    Ввод уставок и наладка МБВ осуществляется от персонального компьютера (ноутбука) по USB, либо  RS232/RS485/Ethernet интерфейсам. По RS232/RS485/Ethernet осуществляется обмен информацией с системой верхнего уровня.

    Основа МБВ – его программное обеспечение. Для бесперебойной и корректной работы привода, МБВ имеет встроенные средства диагностики всех датчиков с автоматическим отключением неисправного датчика, например:

    1. при работе в автоматическом режиме, при пропадании сигналов напряжения статора, автоматически включается ручной режим (стабилизации тока ротора)
    2. при работе в автоматическом режиме, при обрыве датчика тока ротора (отсутствии обратной связи) кроме аварийного завершения работы по защите «Обрывы поля», предусмотрен режим продолжения работы по косвенным данным о токе ротора (для этого срабатывание защиты «Обрыв поля» должно быть запрещено) параметры стабилизируемые в автоматическом режиме останутся неизменными.
    3. состояние двигателя (включен/разгоняется/выключен/на выбеге/генераторный режим) безошибочно определяется по прямым и косвенным данным, и в их числе время.
    Энергосбережение. Компенсация реактивной мощности потребляемой нагрузками, подключенными к одному фидеру.

    Реактивная мощность – паразитный фактор неблагоприятный для сети в целом.
     
    Асинхронные электродвигатели и распределительные  трансформаторы, являются источниками реактивной электроэнергии (мощности). При их включении в сеть, между электроустановкой и сетью возникает обмен потоком реактивной энергии, суммарная мощность которого равна нулю, но при этом:

    • возникают дополнительные потери в проводниках в следствии увеличения тока
    • снижается пропускная способность распределительной сети 
    • напряжение сети отклоняется от номинала (в следствие падения напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока сети) 
    Избежать этого процесса невозможно, за то возможно свести его к минимуму. Для компенсации реактивной мощности нужно установить дополнительный источник реактивной мощности (Q – на рисунке), тогда обмен потоками энергиями будет происходить между этим источником и электроустановками на небольшом участке цепи, не проходя по основным сетям, и следовательно не вызывая в них негативных последствий.

    В случае когда на участке цепи подключены электроустановки с синхронными электродвигателями (рис.4) можно использовать их способность генерировать реактивную мощность.
     
    В идеальном случае, на участке цепи, суммарная реактивная мощность, генерируемая синхронными двигателями, должна быть равной реактивной мощности потребляемой асинхронными двигателями и трансформаторами. Так как синхронные двигатели, кроме компенсации реактивной мощности, производят полезную работу, то их компенсационные способности будут меняться от максимальной на холостом ходу, до нуля в режиме максимальной нагрузки. Качество работы синхронного двигателя как компенсатора определяется системой управления возбудительного устройства.

    Схема подключения возбудителя для компенсации реактивной мощности нагрузки

    МБВ позволяет измерять ток и напряжение статора двигателя, определять сдвиг фазы между ними и  стабилизировать его  заданное значение. Если подключить измерительные цепи МБВ не к двигателю, а к участку цепи, то двигатель, возбуждением которого управляет МБВ, станет стабилизировать угол φ нагрузки, но данные о токе статора и угле φ двигателя будут потеряны, что приведёт к аварийным последствиям.

    Для компенсации реактивной мощности участка цепи (фидера) необходимо сохранить стандартную схему подключения измерительных цепей статора, и с помощью дополнительного устройства передать системе управления возбудителя информацию о реактивной мощности нагрузки, для принятия решения о компенсации.  

    Автоматический Регулятор Возбуждения (в дальнейшем АРВ) реализованный в МБВ при работе в режиме компенсации реактивной мощности нагрузки будет  автоматически регулировать ток возбуждения в пределах, обеспечивающих устойчивую и длительную (без перегрева) работу двигателя (рис.6.) чётко выделяются три граничных зоны:

    1. Ограничение по максимальному току статора. При токе двигателя больше номинального значения (уставка), компенсационные возможности ограничены, а риск выхода из синхронизма велик, по этому блок установит номинальный (т.е. максимально допустимый по нагреву) ток возбуждения
    2. Ограничение по максимальному току возбуждения. Исключение перегрева. При работе АРВ на токах статора ниже номинального, возможна ситуация, когда для компенсации Q потребуется установить ток возбуждения больше номинального, но блок установит номинальный (т.е. максимально допустимый по нагреву) ток возбуждения.
    3. Ограничение по устойчивости. Для удержания двигателя в синхронизме, ток возбуждения, выставленный АРВ ограничен током, при котором обеспечивается cos φ=1 двигателя на данной нагрузке. То есть, при отсутствии необходимости компенсировать реактивную мощность нагрузки, синхронные двигатели переходят в режим минимума потребляемой активной мощности.
    Оценка компенсационных свойств синхронных двигателей
     
    Предварительно требуется просчитать, сколько реактивной мощности могут компенсировать электроустановки с синхронными двигателями

    Оценка компенсационных способностей двигателя на холостом ходу


    [1]  где,        Q — реактивная мощность [kBAр]
                         U – напряжение статора [кВ]
                         Iр – реактивный ток (статора)[А]

    Реактивный ток (статора) определяется по векторной диаграмме

     и рассчитывается по формуле

     [2] где,           Ip – реактивный ток [A]
                            Iн – номинальный (допустимый) ток [A]
                            Iа – активный ток соответствующий сosφ=1 [A]

    Оценка компенсационных способностей двигателя экскаватора ЭШ-10/70 на холостом ходу

    Ток статора номинальный              Iн = 139А
    Напряжение статора                     Uн=6кВ
    Ток возбуждения номинальный      Iвн = 294А


      Рис. 1. U-характеристики ЭШ-10/70

     
    Минимальный активный ток холостого хода Iа = 2,3 A (точка А)
    Допустимый ток Iн = 139А (номинальный ток статора)
    По формуле [2] максимальный реактивный ток Iр = 138,9 А
    По формуле [1] максимальная реактивная мощность Q = 833,4 кВАр
    При действующем ограничении на ток возбуждения (Iвн = 294А) максимальный реактивный ток при P=0 ограничен значением Iр(Iвн) = 105А
    Таким образом, двигатель может длительно отдавать реактивную мощность (по формуле [1])

    Qдлит ЭШ-10/70 = 630 кВАр

    Оценка компенсационных способностей двигателя экскаватора ЭКГ-8И на холостом ходу

    Ток статора номинальный              Iн = 60А
    Напряжение статора                     Uн=6кВ
    Ток возбуждения номинальный      Iвн = 280А


     Рис.2. U-характеристика ЭКГ-8И

     
    Минимальный активный ток холостого хода Iа = 5,2 A (точка А)
    Допустимый ток Iн = 60А (номинальный ток статора)
    По формуле [2] максимальный реактивный ток Iр = 59,8 А
    По формуле [1] максимальная реактивная мощность Q = 358,6 кВАр  
    При действующем ограничении на ток возбуждения (Iвн = 280А) максимальный реактивный ток при P=0 ограничен значением Iр(Iвн) = 42А
    Таким образом, двигатель может длительно отдавать реактивную мощность (по формуле [1])
    Qдлит ЭКГ-8И = 252 кВАр
     
    Наибольшая суммарная компенсируемая реактивная мощность

    На холостом ходу, суммарная реактивная мощность, отдаваемая синхронными двигателями экскаваторов, может достигать:
    Qmax = 2Qдлит ЭШ-10/70 + 2Qдлит ЭКГ-8И = 1764 кВАр

    Компенсационная способность двигателей экскаваторов в рабочем режиме.
     
    Оценка способностей двигателей компенсировать реактивную мощность при нагрузке от и выше номинального тока статора не производится, таким образом диапазон работы автоматического регулятора возбуждения (АРВ) ограничен:

    1. по току статора: от минимума Icхх (холостой ход) до номинального тока статора Icн
    2. по току возбуждения: от Iвφ=0 (ток возбуждения при cosφ=1) до Iвн (номинальный ток возбуждения)

        
    Компенсация реактивной мощности в процессе работы экскаваторов ЭКГ-8И, ЭШ-10/70

    Процесс работы экскаваторов состоит из чередования состояний холостого хода и работы под нагрузкой.
    Принимаем, что компенсирующей мощности недостаточно для компенсации потребляемой реактивной мощности, в данном режиме, ток возбуждения ограничен Iвн.
    На холостом ходу двигатель будет отдавать требуемое количество реактивной мощности в сеть, под нагрузкой с токами статора свыше номинального, двигатель будет потреблять недостающую реактивную мощность из сети.
     

    Рис.5. Регистограмма работы ЭШ-10/70 с наложением графика отдаваемой реактивной мощности QАРВ в зависимости от режима работы экскаватора.
    Время холостого хода в рабочем цикле T(QАРВ = Qдлит ЭШ-10/70 ) = 24сек (из 136)
    Продолжительность максимальной отдачи реактивной мощности ПК ЭШ-10/70 %= 17%
     

    Рис.6. Регистограмма работы ЭКГ-8И с наложением графика отдаваемой реактивной мощности QАРВ в зависимости от режима работы экскаватора.
     
    Время холостого хода в рабочем цикле T(QАРВ = Qдлит ЭКГ-8И) = 40сек (из 136)
    Продолжительность максимальной отдачи реактивной мощности ПК ЭКГ-8И %= 29%

    Компенсируемая реактивная мощность в рабочем режиме по фидеру

    Продолжительность максимальной отдачи реактивной мощности ПК ЭШ-10/70 %= 17%
    Максимально реактивная мощность в длительном режиме  Qдлит ЭШ-10/70 = 630 кВАр
    Продолжительность максимальной отдачи реактивной мощности ПК ЭКГ-8И %= 29%
    Максимально реактивная мощность в длительном режиме  Qдлит ЭКГ-8И = 252 кВАр
    В режиме одновременной производительной работы экскаваторов, их двигатели могут компенсировать:
    Q
    час=(2Qдлит ЭШ-10/70 )ПК ЭШ-10/70 %/100%+(2Qдлит ЭКГ-8И )ПК ЭКГ-8И %/100%=360,4 кВАрчас
     
    Блок вычисления нагрузки. Способ передачи данных о нагрузке фидера
     
    В силовом кабеле экскаватора нет дополнительных жил для передачи дополнительных сигналов о нагрузке фидера. Предполагается организовать радиоканал между фидером и блоками МБВ установленными  в тиристорных возбудителях.
     
    Радиоканал реализуется с помощью радиомодемов с диапазоном частот 433МГц, дальность связи до 10км. Радиомодемы в герметичных корпусах в комплекте с антеннами установлены снаружи. Радиомодемы подключены к  блокам МБВ блоку вычисления нагрузки по интерфейсу RS485.
     
    В ячейке фидера установлен блок вычисления нагрузки задачи которого:

    • измерение напряжения сети и тока нагрузки
    • вычисление реактивной мощности нагрузки (угол φ) 
    • широковещательная передача значения угла φ блокам МБВ.006 данного фидера 
    • организация связи с центральным пультом
    Блок вычисления нагрузки, передаёт значение угла φ нагрузки одновременно всем блокам МБВ относящихся к данному фидеру. МБВ использует полученные данные как сигнал обратной связи для работы своего АРВ, обеспечивающего компенсацию реактивной мощности нагрузки в пределах возможностей двигателя. Таким образом, генерируемая реактивная мощность равномерно распределяется между синхронными двигателями.

    Данные о нагрузке (особенно угол φ) обновляются с частотой 50Гц. Скорость передачи данных по радиоканалу 4,8kBPS, длина широковещательного пакета 8 байт, ответ не требуется, при данных условиях обеспечивается передача сигнала обратной связи с частотой 60Гц.

    Блок вычисления нагрузки, периодически опрашивает блоки МБВ и по запросу передаёт эти данные в центральный пульт.
     
    Повышение эксплуатационных свойств электроприводов с синхронными двигателями.
    МБВ имеет средства записи в энергонезависимой памяти процессов пуска и отключения двигателя. Каждое событие сопровождается 2/2 секундной осциллограммой до/после события с привязкой к реальному времени, данные записываются с разрешением 0,1 сек.

     



    (С) Автор: Герасимов Герасим Владимирович
    При использовании материалов данной статьи, ссылка на сайт и указание автора обязательны!
     

    мощность переменного тока

    читать далее…

    А с учетом того, что разность фазных напряжений (это то, что в скобках) равна соответствующему линейному, т.е. Ua — Uc = Uac, Uв — Uc = Uвс, можно записать, что мгновенная мощность равна
    P = UacIa + UвсIв. Этому будет соответствовать первая схема включения из приведенных ниже.

    Можно выразить ток Iа. Получим: Iа = — (Iв + Iс) и, соответственно, P = — Ua(Iв + Ic) + UвIв + UcIc = -UaIв — UаIс + UвIв + UcIc = (Uс — Uа)Iс + (Uв — Uа)Iв
    А с учетом того, что разность фазных напряжений (это то, что в скобках) равна соответствующему линейному, т.е. Uс — Uа = Uса, Uв — Uа = Uва, можно записать, что мгновенная мощность равна P = UсаIс + UваIв. Этому будет соответствовать вторая схема включения из приведенных ниже.

    Можно выразить ток Iв. Получим: Iв = — (Iс + Iа) и, соответственно, P = UaIа — Uв(Iс +Iа) + UcIc = UaIа — UвIс — UвIа + UcIc = (Uа — Uв)Iа + (Uс — Uв)Iс
    А с учетом того, что разность фазных напряжений (это то, что в скобках) равна соответствующему линейному, т.е. Uа — Uв = Uав, Uс — Uв = Uсв, можно записать, что мгновенная мощность равна P = UавIа + UсвIс. Этому будет соответствовать третья схема включения из приведенных ниже.
    Применять можно любую. Но только в трехпроводной сети. На практике это использование для измерения потребленной электроэнергии двух трансформаторов тока.

    Возможные схемы включения двух ваттметров при измерении мощности в 3-х фазной 3-х проводной сети

    На основании вышеприведенного получаем, что мгновенная мощность трехфазной трехпроводной сети равна сумме двух произведений мгновенных значений линейных напряжений и токов. Сумма средних значений этих двух произведений, т.е. активная мощность системы, может быть измерена двумя ваттметрами. Для первой схемы включения это
    P = P1 + P2 = UcaIacos(φu — φi) + UвсIвcos(φu — φi), где φu — φi — угол сдвига фаз между соответствующими линейным напряжением и током.
    При правильном включении ваттметров положительные направления линейных напряжений и токов должны совпадать с направлением от «начала» к «концу» цепи напряжения и цепи тока ваттметров. Так, у первого ваттметра в первой схеме нужно соединить «начало» (вывод, отмеченный звездочкой *) цепи напряжения с проводом А, а «конец» этой цепи — с проводом С.
    Распределение измеряемой мощности трехфазной системы между показаниями двух ваттметров зависит главным образом от углов сдвига фаз между линейными напряжениями и токами. Проследим эту зависимость на векторной диаграмме в случае симметричного проемника, фазы которого соединены звездой.

    Векторная диаграмма напряжений и токов при симметричной нагрузке

    Углы сдвига фаз между соответствующими фазными напряжением и током одинаковые и равны аргументу φ комплексного сопротивления фазы приемника. Из диаграммы следует, что при симметричном приемнике углы сдвига между векторами Uас и Iа (линейным током и линейным напряжением измеряемых ваттметром параметров), Uвс и Iв соответственно равны φ — 30° и φ + 30° . Действующие значения линейных напряжений и токов при симметричном приемнике соответственно одинаковы, т.е. Uвс = Uac = Uл; Ia = Iв = Iл.
    Таким образом, сумма показаний двух ваттметров, равна мощности симметричной трехфазной трехпроводной сети, т.е.
    P = P1 + P2 = UлIлcos(φ — 30°) + UлIлcos(φ + 30°). Из выражения следует, что при симметричном приемнике показания ваттметров Р1 и Р2 будут равны только при φ = 0. Если φ > 60°, то показание второго ваттметра будет отрицательным, т.е. сумма показаний у них алгебраическая.
    Ну, а для измерения в трехфазных системах с нейтральным проводом (4-х проводной) самым простым является метод трех ваттметров. На практике это применение счетчика с тремя трансформаторами тока. При таком подключении каждый измеряет мошность одной фазы и активная мощность такой сети равна
    Р = Р1 + Р2 + Р3.

    Управление активной и реактивной мощностью распределенных систем генерации, подключенных к сети

  • Фарханги, Х.: Путь интеллектуальной сети. Журнал IEEE Power and Energy 8(1), 18–28 (2010)

    MathSciNet перекрестная ссылка Google ученый

  • Венкатараманан Г., Марней К.: Большая роль микросетей. Журнал IEEE Power and Energy 6(3), 78–82 (2008 г.)

    CrossRef Google ученый

  • Кропоски, Б., Лассетер Р., Исе Т., Морозуми С., Папатлианасиу С., Хациаргириу Н.: Обеспечение работы микросетей. Журнал IEEE Power and Energy 6(3), 40–53 (2008 г.)

    CrossRef Google ученый

  • Мохан, Н., Унделанд, Т., Роббинс, В.П.: Силовая электроника: преобразователи, приложения и проектирование. Уайли, Чичестер (1995)

    Google ученый

  • Казмерковски, М.П., ​​Кришнан, Р., Блобьерг, Ф.: Управление в силовой электронике. Эльзевир, Амстердам (2002)

    Google ученый

  • Карраско, Дж.М., Франкело, Л.Г., Беласевич, Дж.Т., Гальван, Э., Гисадо, РКП, Пратс, М.А.М., Леон, Дж.И., Морено-Альфонсо, Н.: Силовые электронные системы для интеграции энергосистемы возобновляемых источников источники энергии: Обзор.IEEE Transactions on Industrial Electronics 53(4), 1002–1016 (2006)

    CrossRef Google ученый

  • Малезани, Л., Томасин, П.: Pwm методы управления током преобразователей источника напряжения — обзор. В: Международная конференция по промышленной электронике, управлению и контрольно-измерительным приборам. Труды IECON 1993 г., ноябрь 1993 г., том. 2, стр. 670–675 (1993)

    Google ученый

  • Казмерковски М.П., Малесани Л.: Методы управления током для трехфазных ШИМ-преобразователей: обзор. IEEE Transactions on Industrial Electronics 45(5), 691–703 (1998)

    CrossRef Google ученый

  • Хольц, Дж.: Широтно-импульсная модуляция для электронного преобразования энергии. Труды IEEE 82(8), 1194–1214 (1994)

    CrossRef Google ученый

  • Песня, Х.-С., Нам, К.: Схема управления двойным током для ШИМ-преобразователя в условиях несбалансированного входного напряжения. IEEE Transactions on Industrial Electronics 46(5), 953–959 (1999)

    CrossRef Google ученый

  • Hu, J., He, Y.: Моделирование и управление подключенными к сети преобразователями напряжения в общих несимметричных условиях работы. IEEE Transactions on Energy Conversion 23(3), 903–913 (2008)

    CrossRef Google ученый

  • Ногучи Т., Томики Х., Кондо С., Такахаши И.: Прямое управление мощностью ШИМ-преобразователя без датчиков напряжения источника питания. IEEE Transactions on Industry Applications 34(3), 473–479 (1998)

    CrossRef Google ученый

  • Родригес, Дж., Понт, Дж., Сильва, К.А., Корреа, П., Лезана, П., Кортес, П., Амманн, У.: Упреждающее управление током инвертора источника напряжения. IEEE Transactions on Industrial Electronics 54(1), 495–503 (2007)

    CrossRef Google ученый

  • Акаги, Х., Канадзава Ю., Набаэ А.: Обобщенная теория мгновенной реактивной мощности в трехфазных цепях. В: Международная конференция по силовой электронике, стр. 1375–1386 (1983)

    . Google ученый

  • Акаги, Х., Ватанабэ, Э., Аредес, М.: Теория мгновенной мощности и приложения к регулированию мощности. Wiley, Чичестер (2007)

    CrossRef Google ученый

  • Кларк, Э.: Анализ цепи переменного тока. Джон Уайли и сыновья, Чичестер (1941)

    Google ученый

  • Парк, Р.Х.: Теория двух реакций синхронных машин. Транзакции AIEE 48, 716–730 (1929)

    Google ученый

  • Harnefors, L., Nee, H.-P.: Управление током машин переменного тока на основе модели с использованием метода управления внутренней моделью. IEEE Transactions on Industry Applications 34(1), 133–141 (1998)

    CrossRef Google ученый

  • Бергас, Дж.: Управление двигателем с учетом ограничений преобразователя и двигателя. Кандидатская диссертация, Технический университет Каталонии, UPC (2000)

    Google ученый

  • Высокоэффективное управление активной и реактивной мощностью с развязкой для трехфазных сетевых инверторов с использованием прогнозирующего управления | Защита и управление современными энергосистемами

  • Тафти, Х.Д., Масвуд А.И., Константину Г. и соавт. (2018). Управление активной/реактивной мощностью фотогальванических инверторов, подключенных к сети, с ограничением пикового тока и нулевыми колебаниями активной мощности при несимметричных провалах напряжения. IET Power Electron , 11 (6), 1066–1073. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2017.0210.

    Артикул Google ученый

  • Лю, К., Кальдогнетто, Т., и Бусо, С. (2020). Обзор и сравнение сетевых инверторных контроллеров в микросетях. IEEE Trans Power Electron , 35 (7), 7624–7639. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2957975.

    Артикул Google ученый

  • Эрруисси, Р., и Аль-Дурра, А. (2019). Новый метод управления сетевыми инверторами, учитывающий условия несбалансированного напряжения сети и насыщение управляющего входа. IEEE Transact Sustainable Energy , 10 (4), 2223–2234. https://doi.org/10.1109/TSTE.2018.2883863.

    Артикул Google ученый

  • С. Санг, Н. Гао, С. Цай, и т. д. al ., «Новая стратегия управления мощностью и напряжением для сетевого инвертора для повышения номинального уровня подачи мощности в слабой сети», IEEE J Emerg Selected Topics Power Electronics, vol. 2018. Т. 6, № 1. С. 219–232. DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2017.2715721.

  • Busada, C.A., Jorge, S.G., & Solsona, J.A.(2018). Резонансный регулятор тока с улучшенной переходной характеристикой для сетевых инверторов. IEEE Trans Ind Electron , 65 (4), 2935–2944. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2750614.

    Артикул Google ученый

  • X. Хуан, К. Ван, Б. Фан, и т. д. др. , «Надежное управление током подключенных к сети инверторов для интеграции возобновляемых источников энергии в неидеальных условиях сети», IEEE Transact Sustainable Energy, vol.11, нет. 1, стр. 477–488, 2020, DOI: https://doi.org/10.1109/TSTE.2019.2895601.

  • Г. Сун, Ю. Ли, В. Джин, и т. д. al ., «Новый метод обеспечения низкого напряжения для трехфазных инверторов, подключенных к сети, на основе нелинейного контура фазовой автоподстройки частоты», IEEE Access, vol. 7, стр. 66609–66622, 2019, DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.29.

  • Джайн, С., Шадманд, М.Б., и Балог, Р.С. (2018). Раздельное упреждающее управление активной и реактивной мощностью для фотоэлектрических приложений с использованием подключенного к сети инвертора с квази-Z-источником. IEEE J Emerg Selected Top Power Electronics , 6 (4), 1769–1782. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2018.2823904.

    Артикул Google ученый

  • Моджаллал, А., и Лотфифард, С. (2019). Улучшение характеристик защиты от сбоев и послеаварийного восстановления фотоэлектрических массивов, подключенных к сети. IEEE Transact Smart Grid , 10 (1), 546–555. https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2748023.

    Артикул Google ученый

  • Ю.Гэн, К. Ян, З. Лай, и др. al ., «Новый метод управления при низком напряжении для фотоэлектрических инверторов, подключенных к сети с источником тока», IEEE Access, vol. 7, стр. 51735–51748, 2019, DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.27.

  • И. Сефа, С. Оздемир, Х. Комуркугил, et. al ., «Расширенная схема управления на основе функции Ляпунова для трехфазного сетевого VSI с фильтром LCL», IEEE Transact Sustainable Energy, vol. 10, нет. 2019. Т. 2. С. 504–513. DOI: https://doi.org/10.1109/TSTE.2018.2833809.

  • А. Мерабет, Л. Лабиб, А. М. И. М. Гиас, и др. al ., «Надежное линеаризующее управление с обратной связью с компенсацией скользящего режима для подключенной к сети фотоэлектрической инверторной системы при несбалансированном напряжении сети», IEEE J Photovoltaics, vol. 7, нет. 3, стр. 828–838, 2017, DOI: https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2017.2667724.

  • Ю. Цао, К. Чжао, Ю. Е, и др. al ., «Управление током на основе ADRC для сетевых инверторов: проектирование, анализ и проверка», IEEE Transactions on Industrial Electronics, Early Access, 2019.(DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2019.2949513.

  • Афшари Э., Моради Г.Р., Рахими Р., Фарханги Б., Ян Ю., Блобьерг Ф., и Фарханги, С. (2017 г.) Стратегия управления трехфазными фотоэлектрическими инверторами, подключенными к сети, позволяющая ограничивать ток при несимметричных неисправностях, IEEE Transactions on Indus Elect , 64 (11), 8908–8918. https:// doi.org/10.1109/TIE.2017.2733481.

    Статья Google ученый

  • Сохор, п., Тан, Н.М.Л., и Акаги, Х. (2018). Управление низковольтным питанием модульного многоуровневого инвертора с мостовой ячейкой Single-Delta (SDBC) для фотоэлектрических систем коммунального масштаба. IEEE Trans Ind Appl , 54 (5), 4739–4751. https://doi.org/10.1109/TIA.2018.2845893.

    Артикул Google ученый

  • Ву, Ю., Е, Ю., Чжао, К., Цао, Ю., и Сюн, Ю. (2020). Модифицированное управление током на основе UDE с дискретным временем для сетевых инверторов типа LCLLCL. IEEE Trans Ind Electron , 67 (3), 2143–2154. https://doi.org/10.1109/TIE.2019.2

  • 9.

    Артикул Google ученый

  • Чен, Т., Ли, К., и Хуэй, С.Ю.Р. (2019). Общая процедура проектирования многопараллельной модульной системы инверторов, подключенных к сети, для предотвращения общей и интерактивной нестабильности. IEEE Trans Power Electron , 34 (7), 6025–6030. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.28.

    Артикул Google ученый

  • Перес-Эстевес, Д., и Доваль-Гандой, Дж. (2019). Сетевой инвертор с переменным напряжением Бездатчиковая синхронизация и плавный пуск. IEEE Trans Ind Appl , 55 (5), 4920–4933. https://doi.org/10.1109/TIA.2019.2921707.

    Артикул Google ученый

  • Махела О.П., Гупта Н., Хосрави М. и др.(2019). Всесторонний обзор низковольтной езды с помощью интегрированных в сеть ветряных генераторов. Доступ IEEE , 7 , 99299–99326. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2930413.

    Артикул Google ученый

  • «Технические требования по подключению и эксплуатации установок заказчика к сети высокого напряжения (проект)», VDE-AR-N 4120:2017–05, май 2017 г.

  • Бак, Ю., Ли, Дж. С., и Ли, К. Б. (2018). Стратегия контроля низкого напряжения для подключенной к сети системы накопления энергии. J Appl Sci , 8 (57), 1–18.

    Google ученый

  • Бусо, С., Кальдогнетто, Т., и Лю, К. (2019). Анализ и экспериментальная характеристика широкополосного трехконтурного контроллера для сетевых инверторов. IEEE Trans Power Electron , 34 (2), 1936–1949.https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2835158.

    Артикул Google ученый

  • Дас, П. П., и Чаттопадхьяй, С. (2018). Независимый от напряжения метод обнаружения изолирования и низковольтный режим двухступенчатого фотоэлектрического инвертора. IEEE Trans Ind Appl , 54 (3), 2773–2783. https://doi.org/10.1109/TIA.2017.2788433.

    Артикул Google ученый

  • Чжан Л., Sun, K., Li, Y.W., et al. (2018). Распределенное управление мощностью последовательно соединенных модульных инверторов для фотоэлектрических приложений, связанных с сетью. IEEE Trans Power Electron , 33 (9), 7698–7707. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2769487.

    Артикул Google ученый

  • Hasanien, HM (2016). Стратегия адаптивного управления для езды с низким напряжением за счет расширения возможностей подключенных к сети фотоэлектрических электростанций. IEEE Trans Power Syst , 31 (4), 3230–3237. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2015.2466618.

    Артикул Google ученый

  • Ян, Ю., Ван, Х., и Блобьерг, Ф. (2014). Стратегии подачи реактивной мощности для однофазных фотоэлектрических систем с учетом требований сети. IEEE Trans Ind Appl , 50 (6), 4065–4076. https://doi.org/10.1109/TIA.2014.2346692.

    Артикул Google ученый

  • Шин Д., Lee, K., Lee, J., et al. (2015). Внедрение методов устранения неполадок подключенного к сети инвертора для распределенных энергоресурсов с адаптивной режекторной ФАПЧ нижних частот. IEEE Trans Power Electron , 30 (5), 2859–2871. https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2378792.

    Артикул Google ученый

  • Чен Д., Сюй Ю. и Хуанг А. К. (2017). Интеграция микросетей постоянного тока в виде виртуальных синхронных машин в сеть переменного тока. IEEE Trans Ind Electron , 64 (9), 7455–7466. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2674621.

    Артикул Google ученый

  • Соса, Дж. Л., Кастилья, М., Мирет, Дж., и др. (2016). Стратегия управления для максимизации мощности трехфазных фотоэлектрических инверторов во время провалов напряжения. IEEE Trans Power Electron , 31 (4), 3314–3323. https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2451674.

    Артикул Google ученый

  • Ф.Эль Аамри, Х. Мейкер, Д. Сера, и др. al ., «Метод прямого отслеживания точки максимальной мощности для однофазных фотоэлектрических инверторов, подключенных к сети», IEEE Trans Power Electron, vol. 33, нет. 10, стр. 8961–8971, 2018, DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2780858.

  • Руководство по применению IEEE для стандарта IEEE 1547, Стандарт IEEE для соединения распределенных ресурсов с системами электроснабжения (2009 г.). Стандарт IEEE 1547 2–2008 , (стр. 1–207).

    Google ученый

  • Дин Г., Гао Ф., Тянь Х., Ма К., Чен М., Хе Г. и Лю Ю. (2016). Адаптивное управление напряжением в звене постоянного тока двухкаскадного фотогальванического инвертора во время работы при низком напряжении. IEEE Trans Power Electron , 31 (6), 4182–4194. https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2469603.

    Артикул Google ученый

  • Элазаб, О.С., Дебуза, М., Хасаниен, Х.М., и др. (2020). Оптимальная схема управления на основе алгоритма роя солей для улучшения возможностей LVRT подключенных к сети фотоэлектрических электростанций: проектирование и экспериментальная проверка. IET Renewable Power Generation , 14 (4), 591–599. https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2019.0726.

    Артикул Google ученый

  • Раджив, М., и Агарвал, В. (2020). Способность нового инвертора, подключенного к сети, обеспечивать пропускную способность при низком напряжении. Подходит для безтрансформаторного интерфейса солнечной фотоэлектрической сети. Ранний доступ к отраслевым приложениям IEEE Transactions , 56 (3), 2799–2806. https://дои.org/10.1109/TIA.2020.2979134.

    Артикул Google ученый

  • Регламент Комиссии (ЕС) 2016/631 от 14 апреля 2016 г., устанавливающий сетевой кодекс требований к подключению генераторов к сети, стр. 1–68, 2016 г.

  • Ислам, М.М., Хоссейн, Э., Падманабан , С. и др. (2020). Новый взгляд на коды ветроэнергетических сетей в условиях несбалансированной и искаженной сети. Доступ IEEE , 8 , 15931–15944.https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2966907.

    Артикул Google ученый

  • IEEE (2020). Утвержденный проект стандартных процедур испытаний на соответствие для оборудования, соединяющего распределенные энергетические ресурсы с системами электроснабжения и связанными интерфейсами », IEEE P1547.1/D9.9–2020, (стр. 1–283).

    Google ученый

  • Дин З., Чжан Дж., Чжу Ю., и другие. (2019). Влияние импеданса сети на характеристики LVRT системы DFIG с технологией лома ротора. Доступ IEEE , 7 , 127999–128008. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2938207.

    Артикул Google ученый

  • Мохапатра, С. Р., и Агарвал, В. (2019). Модель прогнозирующего контроллера с уменьшенной сложностью для сетевых многоуровневых инверторов. IEEE Trans Ind Electron , 66 (11), 8851–8855.https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2866115.

    Артикул Google ученый

  • М. Азаб, «Схема прогнозирующего управления моделью конечного набора элементов управления для однофазных инверторов, подключенных к сети», Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, том. 135, статья 110131, январь 2021 г. Издательство Elsevier

    Google ученый

  • Шен, К., Фэн, Дж., и Чжан, Дж. (2018). Упреждающее управление моделью конечного множества управления с коррекцией обратной связи для силовых преобразователей. CES Transactions on Electrical Machines and Systems , 2 (3), 312–319. https://doi.org/10.30941/CESTEMS.2018.00039.

    Артикул Google ученый

  • Лекуагета Б., Букабуа А., Луурсиб Н. и др. (2017). Управление системами, подключенными к фотоэлектрической сети, с использованием технологии MPC и различных моделей конфигурации инвертора. Электроэнергетическая система Res J , 154 , 287–298.

    Артикул Google ученый

  • Нгуен Т.Х. и Ким, К. Х. (2017). Упреждающее управление конечной модели управления с модуляцией для уменьшения гармонической составляющей в выходном токе для подключенного к сети инвертора в условиях искаженной сети. Энергии J , 10 (7), 1–25.

    Google ученый

  • О. Мачадо, П. Мартин, Ф. Х. Родригес, и др. al ., «Динамическая функция стоимости на основе нейронной сети для реализации прогнозирующего контроллера тока», IEEE Transact Industrial Informatics, 13, 6, 2946–2955, 2017, DOI: https://doi.org/10.1109/TII.2017.26.

  • Фальковски П. и Сикорски А. (2018). Упреждающее управление моделью конечного набора управления для подключенных к сети преобразователей переменного тока в постоянный с фильтром LCL. IEEE Trans Ind Electron , 65 (4), 2844–2852. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2750627.

    Артикул Google ученый

  • Норамбуэна М., Лезана П. и Родригес Дж. (2019). Метод устранения установившейся ошибки модельного прогнозирующего управления в силовой электронике. Избранные темы IEEE J Emerg Силовая электроника , 7 (4), 2525–2530. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2019.2894993.

    Артикул Google ученый

  • Драгичевич, Т. (2018). Моделирование прогнозирующего управления силовыми преобразователями для надежной и быстрой работы микросетей переменного тока. IEEE Trans Power Electron , 33 (7), 6304–6317. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2744986.

    Артикул Google ученый

  • М.Агирре, С. Куро, К.А. Рохас и др. al., «Регулирование частоты переключения для FCS-MPC на основе подхода управления периодом», IEEE Trans Ind Electron, vol. 65, нет. 7, стр. 5764–5773, 2018 г., DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2777385.

  • П. Акуна, Р. П. Агилера, А. М. И. М. Гиас, и др. и др., «Модельное прогнозирующее управление без каскадов для однофазных силовых преобразователей, подключенных к сети», IEEE Trans Ind Electron, 64, 1, 285–294, 2017, DOI: https://doi.org/10.1109/TIE. 2016.2599478.

  • Ян Ю., Тан, С., и Хуэй, С.Ю.Р. (2018). Прогнозирующее управление адаптивной эталонной моделью с улучшенными характеристиками для инверторов с источником напряжения. IEEE Trans Control Syst Technol , 26 (2), 724–731. https://doi.org/10.1109/TCST.2017.2670529.

    Артикул Google ученый

  • Judewicz, M.G., Gonzalez, S.A., Echeverría, N.I., et al. (2016). Обобщенное прогнозирующее управление током (GPCC) для сетевых трехфазных инверторов. IEEE Trans Ind Electron , 63 (7), 4475–4484. https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2508934.

    Артикул Google ученый

  • К. Ф. Гарсия, М. Э. Ривера, Х. Р. Родригес, и др. al ., «Прогнозирующее управление током с минимизацией мгновенной реактивной мощности для непрямого матричного преобразователя с четырьмя ответвлениями», IEEE Trans Ind Electron, vol. 64, нет. 2, стр. 922–929, 2017 г., DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2610939.

  • Байдья Р., Агилера Р. П., Акуна П. и др. (2018). Многоступенчатое прогнозирующее управление с помощью модели для каскадных инверторов H-моста: формулировка и анализ. IEEE Trans Power Electron , 33 (1), 876–886. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2670567.

    Артикул Google ученый

  • Ю. Г. Ду, Дж. Ву, С. Ю. Ли, и др. al ., «Распределенный MPC для скоординированного использования энергоэффективности в системах микросетей», IEEE Trans Smart Grid, 10, 2, 1781–1790, 2019, DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2777975.

  • Li, X., Zhang, H., Shadmand, M.B., et al. (2017). Моделируйте прогнозирующее управление инвертором источника напряжения с плавным переходом между изолированными операциями и операциями, связанными с сетью. IEEE Trans on Ind Elects , 64 (10), 7906–7918. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2696459.

    Артикул Google ученый

  • Лю, С. Дж., Чжан, Ю., и Ли, К. Я. (2017).Координированный распределенный MPC для управления частотой нагрузки энергосистемы с ветряными электростанциями. IEEE Trans Ind Electron , 64 (6), 5140–5150. https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2642882.

    Артикул Google ученый

  • Янг, Х.А., Перес, Массачусетс, и Родригес, Дж. (2016). Анализ прогнозирующего управления током модели с конечным набором управления с рассогласованием параметров модели в трехфазном инверторе. Транзакции IEEE в Инд.Избрать. , 63 (5), 3100–3107. https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2515072.

    Артикул Google ученый

  • М. Томлинсон, Х. Т. Мутон, Р. Кеннел и др., «Схема с фиксированной частотой переключения для концепции и алгоритма прогнозирующего управления модели с конечным набором элементов управления», IEEE Transact Industrial Electronics, 63, 12, 7662 –7670, 2016 г., DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2593997.

  • Науман М. и Хасан А.(2016). Эффективное неявное прогнозирующее управление трехфазным инвертором с выходным LC-фильтром. IEEE Transact Power Electron , 31 (9), 6075–6078. https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2535263.

    Артикул Google ученый

  • H. T. Nguyen, E. K. Kim, I. P. Kim, et. и др., «Модельное прогнозирующее управление с модулированным оптимальным вектором для трехфазного инвертора с LC-фильтром», IEEE Trans Power Electronics, vol.33, нет. 3, стр. 2690–2703, 2018, DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2694049.

  • Гусман Р., де Викунья Л.Г., Камачо А. и др. (2019). Прогнозирующее управление моделью отступающего горизонта для трехфазного VSI с фильтром LCL. IEEE Trans Ind Electron , 66 (9), 6671–6680. https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2877094.

    Артикул Google ученый

  • Джин Т., Шен Х., Су Т. и др.(2019). Упреждающее управление напряжением модели на основе конечного набора управления с компенсацией временной задержки вычислений для фотоэлектрических систем. IEEE Transactions on Energy Conversion , 34 (1), 330–338. https://doi.org/10.1109/TEC.2018.2876619.

    Артикул Google ученый

  • Чжэн, К., Драгичевич, Т., и Блобьерг, Ф. (2020). Упреждающее управление моделью конечного набора без датчиков тока для инверторов источников напряжения с LC-фильтром. IEEE Trans Power Electron , 35 (1), 1086–1095. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.22.

    Артикул Google ученый

  • Х. Чжэн, Дж. Ву, В. Ву, и др. al ., «Интегрированное прогнозирующее управление движением и трансмиссией интеллектуальных гибридных транспортных средств на топливных элементах и ​​батареях», IEEE Transact Industrial Informatics, 16, 5, 3397–3406, 2020, DOI: https://doi.org/10.1109/TII. 2019.2956209.

  • Лу Ю., Би, Л., и Ли, Х. (2020). Смоделируйте совместное управление на основе прогнозирования для вождения, контролируемого мозгом. IEEE Trans Intel Transp Syst , 21 (2), 630–640. https://doi.org/10.1109/TITS.2019.2897356.

    Артикул Google ученый

  • Zarei, M.E., Ramirez, D., Nicolas, C.V., et al. (2020). Трехфазный преобразователь с четырьмя ключами для генераторов SPMS, основанный на моделирующем прогнозирующем управлении током для приложений волновой энергии. IEEE Trans Power Electron , 35 (1), 289–302. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.29.

    Артикул Google ученый

  • Ся З., Лю З. и Герреро Дж. М. (2020). Многоцелевое оптимальное прогнозирующее управление с помощью модели для трехуровневого инвертора ANPC, подключенного к сети. Доступ IEEE , 8 , 59590–59598. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2981996.

    Артикул Google ученый

  • Ян Ю., Вэнь, Х., Фан, М., Хэ, Л., Се, М., Чен, Р., … Родригес, Дж. (2020). Прогнозирующее управление с помощью модели с несколькими векторами напряжения с уменьшенной сложностью для многоуровневых инверторов. IEEE Transactions on Transportation Electrification , 6 (1), 105–117. https://doi.org/10.1109/TTE.2020.2973045.

    Артикул Google ученый

  • Караманакос, П., и Гейер, Т. (2020). Рекомендации по проектированию контроллеров с предсказанием моделей с конечным управлением. IEEE Trans Power Electron , 35 (7), 7434–7450. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2954357.

    Артикул Google ученый

  • Guo, L., Jin, N., Li, Y., et al. (2020). «Модельный прогнозирующий метод управления для подключенных к сети силовых преобразователей без датчиков напряжения переменного тока», IEEE Transactions on Industrial Electronics . https://doi.org/10.1109/TIE.2020.2970638.

    Книга Google ученый

  • Чжэн Ф., Chen, Y., Ye, T., et al. (2019). Разработка алгоритма гибридного управления для устранения неисправности фотоэлектрической системы. Доступ IEEE , 7 , 124196–124206. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2937845.

    Артикул Google ученый

  • HT Нгуен, Э. Ким, И. Ким, Х. Х. Чой и Дж. Юнг, «Управление с прогнозированием модели с модулированным оптимальным вектором для трехфазного инвертора с LC-фильтром», в IEEE Transactions on Power Electronics, 33 , 3, 2690–2703, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2694049.

    Глава Google ученый

  • Рауф, У., Шютт, М., и Эккель, Х. (2019). «Модельное прогнозирующее управление для пространственно-векторной модуляции трехуровневого инвертора ANPC для эффективного распределения потерь и балансировки нейтральной точки», 21-я Европейская конференция по силовой электронике и приложениям, 2019 г. (EPE ’19 ECCE Europe), Генуя, Италия , (стр. 1–10). https://doi.org/10.23919/EPE.2019.84.

    Книга Google ученый

  • Чжан Ю., Лю Дж. и Фань С. (2017). О неотъемлемой взаимосвязи между прогнозирующим управлением модели конечного набора управления и апериодическим управлением на основе SVM для силовых преобразователей. На конгрессе и выставке IEEE по преобразованию энергии 2017 г. (ECCE), Цинциннати, Огайо, (стр. 4628–4633). https://doi.org/10.1109/ECCE.2017.8096791.

    Глава Google ученый

  • Чжан Ю., Лю Дж., Ян Х. и др. (2019). Новое понимание прогнозирующего управления с помощью моделей для трехфазных силовых преобразователей. IEEE Trans Ind Appl , 55 (2), 1973–1982 гг. https://doi.org/10.1109/TIA.2018.2873505.

    Артикул Google ученый

  • Caseiro, LMA, Mendes, AMS, & Cruz, SMA (2019). Динамически взвешенная модель оптимального вектора коммутации прогнозирующего управления силовыми преобразователями. IEEE Trans Ind Electron , 66 (2), 1235–1245.https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2829689.

    Артикул Google ученый

  • Ян С., Чен Дж., Тан С. и др. (2020). Новая геометрическая векторная оптимизация прогнозирующего прямого управления мощностью. IEEE Trans Power Electron , 35 (5), 5427–5436. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2944626.

    Артикул Google ученый

  • Азаб, М. (2020).Внутриминутное техническое влияние интеграции фотоэлектрической сети на работу распределительной сети сельского сообщества при экстремальной подаче фотоэлектрической энергии. J Energy Syst , 11 , 213–245.

    Артикул Google ученый

  • Что такое треугольник власти? Активная, реактивная и полная мощность

    Треугольник мощности представляет активную мощность, реактивную мощность и полную мощность в прямоугольном треугольнике, показывающем соотношение между всеми тремя мощностями.Треугольник мощности полезен в цепи переменного тока, когда ток отстает или опережает напряжение.

    Ток отстающий, опережающий или синфазный с напряжением в зависимости от типа нагрузки. В чисто резистивной нагрузке напряжение и ток совпадают по фазе. В нагрузках индуктивного типа ток отстает от напряжения. В емкостных нагрузках ток опережает напряжение. Ниже представлена ​​векторная диаграмма напряжения и тока для всех трех типов нагрузок.

    Активная составляющая тока равна ISinɸ, а реактивная составляющая тока равна I Cosɸ.Когда эти составляющие тока умножаются на напряжение V, формируется треугольник мощности, показанный как belo w .

    Цепь переменного тока, в которой ток отстает или опережает напряжение, потребляет три типа энергии.

    1. Активная мощность

    2. Реактивная мощность

    3. Полная мощность

    Мощность, фактически потребляемая нагрузкой в ​​цепи переменного тока, называется активной мощностью или реальной мощностью. Активная мощность измеряется в ваттах или кВт.

    Активная мощность (P) = VI Cosɸ

    Цепь, которая имеет реактивный элемент, такой как катушка индуктивности и конденсатор, вместе с резистивной нагрузкой потребляет реактивную мощность. Реактивная часть нагрузки потребляет ток, который опережает или отстает от напряжения, и в результате этого мощность в реактивных нагрузках меняется. Реактивные элементы не потребляют активной мощности, они потребляют реактивную мощность. Реактивная мощность меньше мощности. Измеряется в вар, киловатт-ампер (квар) или мвар.

    Реактивная мощность (Q) = VI Sinɸ

    Таким образом, цепь переменного тока потребляет активную и реактивную мощность. Реактивная мощность увеличивает ток в цепи, не совершая никакой полезной работы.

    Векторная сумма активной мощности и реактивной мощности называется Полная мощность. Полная мощность (S) измеряется в ВА, кВА или МВА. Полная мощность может быть рассчитана по треугольнику мощностей. Формула полной мощности приведена ниже.

    Следующая точка показывает взаимосвязь между активной мощностью, реактивной мощностью и полной мощностью, а графическое представление всех этих трех мощностей называется треугольником мощности.

    1. Когда активная составляющая тока умножается на напряжение, мы получаем активную мощность, потребляемую схемой. Активная мощность измеряется ваттметром. Оборудование потребляет активную мощность для выполнения работы. Мощность, потребляемая двигателем для создания крутящего момента, нагрев, производимый нагревателем, являются примерами активной мощности.

    2. Когда реактивная составляющая тока умножается на напряжение, мы получаем реактивную мощность, потребляемую цепью. Оборудование потребляет реактивную мощность для своего функционирования.Двигатель и трансформатор потребляют реактивную мощность в качестве тока намагничивания для работы. Это оборудование работает, если потребляет реактивную мощность. Большая реактивная мощность является причиной плохого коэффициента мощности.

    3. Когда ток, потребляемый цепью, умножается на напряжение цепи, получается полная мощность.

    4. Коэффициент мощности можно рассчитать с помощью треугольника мощности.

    Управление активной и реактивной мощностью для ветряных турбин на основе DFIG с использованием контроллера LQR с оптимальным планированием усиления Индукционный генератор ФРС (DFIG).Разделение активной и реактивной мощности выполняется с помощью векторного управления, ориентированного на поле, которое используется для упрощения нелинейности DFIG и получения компактной линеаризованной модели в пространстве состояний. Производительность оптимального регулятора, представленного линейно-квадратичным регулятором, дополнительно повышается с использованием алгоритма оптимизации кита в среде многокритериальной оптимизации. Адаптивность к изменению скорости ветра достигается в автономном процессе обучения в дискретной области скорости ветра. Таблицы поиска используются для хранения оптимального параметра контроллера и вызываются во время онлайн-реализации.Структура управления дополнительно интегрирует эффекты механизма управления углом наклона для вспомогательных услуг активной мощности и возможные улучшения поддержки реактивной мощности. Результаты предлагаемой структуры управления улучшают общую производительность системы по сравнению с обычным ПИ-регулятором. Сравнение выполнено с использованием платформы MATLAB Simulink.

    1. Введение

    Электричество — одна из жизненных потребностей, которая совершила квантовый скачок в мире. Традиционно электрическая энергия в основном производится с использованием энергетических ресурсов ископаемого топлива.Однако в настоящее время в мире наблюдается высокий уровень производства возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Ветряные турбины (ВТ) являются одними из ведущих и быстро развивающихся технологий в обширных географических районах. В мире общая установленная мощность в 2019 году составляет 650 ГВт. В 2020 году будет установлено более 93 ГВт, в результате чего общая установленная мощность составит 743 ГВт, несмотря на пандемию COVID-19. Это свидетельствует о важности и эффективности производства электроэнергии с помощью ВЭУ [1].

    Ветряные турбины изначально проектируются и эксплуатируются с асинхронными машинами с фиксированной скоростью, чтобы избежать дополнительных затрат, связанных с силовыми электронными преобразователями.Однако для повышения эффективности преобразования система привода с регулируемой скоростью становится все более доминирующей. Асинхронный генератор с двойным питанием (DFIG) поддерживает функцию переменной скорости за счет преобразователя уменьшенных размеров. Это объясняет широкое использование DFIG с ветряными турбинами. Статор DFIG напрямую подключен к сети на номинальной частоте сети, а его витой ротор — через двунаправленные встречно-параллельные преобразователи напряжения (VSC), но с переменной частотой [2, 3].

    Во многих странах интеграция ветряных турбин в сеть должна соответствовать строгим нормам и стандартам.Дополнительные функции и возможности, которые традиционно упускались из виду, стали обязательными в новых конструкциях, таких как прохождение низкого напряжения, регулировка частоты и поддержка реактивной мощности. Провалы напряжения приводят к большим токам ротора из-за высокого напряжения, индуцируемого в обмотках ротора. Поэтому DFIG очень чувствительны к провалам напряжения. Большие токи ротора могут разрушить преобразователь на стороне ротора (RSC), если защитные устройства не отключат его должным образом. Следовательно, при неисправностях ветродвигатель не будет работать [4, 5].

    1.1. Связанная работа

    История развития DFIG в WTS и различные представления методов моделирования и управления представлены в [5]. Схемы моделирования и управления, представленные в литературе, подвергаются анализу и повышению производительности DFIG как в переходных, так и в установившихся режимах. Практики моделирования с соответствующей системой управления включают прямое управление крутящим моментом [6, 7], прямое управление мощностью [8–11], ориентацию поля статора [11] и ориентацию напряжения статора [12–15].

    Метод векторного управления, т. е. ориентация напряжения и поля, требует наличия контуров фазовой автоподстройки частоты и систем опережающего управления для достижения развязки между крутящим моментом, активной и реактивной мощностью. Традиционные методы управления с ПИ-регуляторами обычно используются на основе машинного режима в синхронной ( d q ) системе отсчета [15–18]. С другой стороны, методы прямого управления, то есть крутящего момента и мощности, используют более простую систему управления. Однако методы управления требуют неравномерной частоты переключения силовых электронных переключателей, что приводит к неравномерному распределению тепла и потерь.

    Извлечение максимально доступной мощности WTS с переменной скоростью требует работы с максимально доступной эффективностью. Для достижения этой цели необходимы корректировки конструкции управления. Авторы в [18] предлагают реализовать регулятор с обратной связью по линеаризации для повышения эффективности MPPT. В [19] предложена схема управления с помощью алгоритма обратной связи для регулирования потока мощности DFIG, повышения надежности системы и снижения помех по напряжению.

    Эталонная модель наблюдателя адаптивной системы представлена ​​в [20].Система обеспечивает прогнозирование погрешностей оценки положения ротора при несоответствии параметров для бездатчикового управления автономной ДРВГ. Модельная схема управления током статора с прогнозированием исследована в [21]. По сравнению с традиционным векторным контролем предлагаемый метод позволяет достичь более быстрого динамического отклика.

    Схема управления скользящим режимом (SMC) введена и применяется в [22]. Методология прямого управления мощностью (DPC) используется для преодоления трудностей традиционной схемы векторного управления.Предусмотрена надежная стратегия управления скользящим режимом [23] для преодоления отказа метода возмущения и наблюдения при наличии внезапных изменений скорости ветра.

    Адаптивные системы управления получили широкое распространение и получили признание в различных областях и отраслях промышленности, включая энергетические системы и системы преобразования энергии ветра [24, 25]. Авторы в [26] разрабатывают адаптивный наблюдатель для автономного DFIG. В [27] предложен наблюдатель пониженного порядка, адаптивный к изменениям скорости, или DFIG, подключенный к сети.Адаптивная нейронечеткая система реализована в [28] для распределенных систем DFIG. В [29] предложена адаптивная система слежения за максимальной мощностью для управления частотой вращения ротора DFIG. В работе [30] вводится адаптивное управление скользящим режимом второго порядка с системой управления удаляющимся горизонтом для DFIG. Авторы в [31] разработали адаптивное управление скользящим режимом дробного порядка для системы DFIG. Новая стратегия адаптивного прямого управления мощностью исследуется в [32], где постоянная таблица переключений заменяется адаптивным методом, обновляемым в режиме онлайн в соответствии с изменениями реактивной мощности и предыдущей последовательностью переключений.

    Оптимальная конструкция ПИ-регулятора для ветряной турбины с регулируемой скоростью на основе оптимизатора серого волка представлена ​​в [33]. По сравнению с другими эвристическими алгоритмами предлагаемый метод лучше отслеживает точку максимальной мощности (MPP). В работе [34] показана конструкция каскадного нелинейного регулятора, основанная на концепции нечеткой логики для оптимального отслеживания мощности. Кроме того, регулирование активной и реактивной мощности статора осуществляется с помощью регулятора скользящего режима. Надежная конструкция нейронного контроллера представлена ​​в [35] для преодоления трудностей обычного ПИ-регулятора за счет изменения параметров.

    Для преодоления недостатков механизма ПИ-регулирования, проявляющихся в сложном динамическом анализе для систем с несколькими входами и несколькими выходами и низкой производительности при изменении параметров, используется оптимальный регулятор с LQR в [36, 37] и с многопараметрическим регулятором в [38]. ]. Авторы в [39] представляют новую стратегию управления ветровой турбиной на основе DFIG, работающей при одной скорости ветра, с использованием линейно-квадратичного регулятора (LQR) с оптимальными весовыми матрицами, выбранными на основе генетического алгоритма.Основная цель состоит в том, чтобы улучшить динамический отклик, надежность и стабильность системы.

    Реактивная мощность ВЭУ на основе ДВГ введена в [40]. В исследовании представлены ограничения на поддержку или потребление реактивной мощности DFIG на основе токов статора и ротора и номинального значения напряжения ротора. Новая стратегия поддержки реактивной мощности при низком напряжении предложена в [41]. Исследование предполагает, что во время неисправностей часть энергии, полученной от ветра, сохраняется в инерции ротора.

    В этой статье предлагается линейный квадратичный регулятор с несколькими входами и несколькими выходами с планированием усиления для системы ветряных турбин на основе DFIG. Отклики системы в частотной и временной областях, такие как время установления, пиковое время, процент перерегулирования, установившаяся ошибка и демпфирование, собираются для формирования многокритериальной функции. Целевая функция реализуется с помощью алгоритма оптимизации кита для выбора оптимальных весовых матриц при различных скоростях ветра в автономном режиме. Результаты сохраняются в таблицах поиска, которые используются во время онлайн-реализации.Производительность LQR с оптимальным планированием усиления сравнивается с обычным ПИ-регулятором. Кроме того, в конструкцию контроллера добавлено управление углом наклона, что позволяет ограничивать активную мощность при одновременном улучшении способности поддержки реактивной мощности.

    1.2. Вклады

    Основные вклады, добавленные в литературу, могут быть резюмированы следующим образом: (1) Предложен линейный квадратичный регулятор с оптимальной архитектурой управления планированием усиления. Контроллер сохраняет линейность, компактность и устойчивость к изменениям скорости ветра.Это улучшает как производительность, так и чистый выход энергии от ветряных турбин. (2) Эффекты управления углом наклона дополняются в модели и контроллере для реальных сокращений мощности и их возможных последствий для поддержки реактивной мощности. (3) Производительность контроллер улучшен на платформе многокритериальной оптимизации. Целевая функция сочетает в себе устойчивость системы, колебания и характеристики во временной области.

    1.3. Paper Outline

    Схема бумаги демонстрируется следующим образом.Первоначально принцип работы ветряных турбин и связанные с ними математические модели представлены в Разделе 2. В Разделе 3 выводится подробная математическая модель DFIG, включая сетевой преобразователь и звено постоянного тока. Линеаризация машины в среде векторного управления и представление в пространстве состояний обсуждаются в разделе 4. В разделе 5 представлен обычный ПИ-регулятор, а также предлагаемая структура управления с оптимальным планированием усиления. Ограничения реактивной мощности ветряных турбин обсуждаются в разделе 6.Кроме того, представлен эффект управления углом тангажа. Результаты моделирования проиллюстрированы в Разделе 7. Наконец, статья завершается в Разделе 8.

    2. Аэродинамика ветряных турбин

    Работа ветряных турбин основана на извлечении кинетической энергии ветра и преобразовании захваченной энергии в электрическую энергию с помощью генераторов. Поведение регулируется теорией импульса, в которой кинетическая энергия, существующая в основном потоке ветра, выражается, как показано в (1). Только часть энергии ветра может быть извлечена на основе эффективности преобразования энергии.Коэффициент мощности, показанный в (1), отражает эффективность преобразования энергии ветра в механическую энергию и обычно выражается как функция отношения скорости конца лопасти, показанного в (2), который определяет соотношение между линейной скоростью на конце лопасти и скорость ветра [4, 5].

    Крутящий момент, развиваемый ветряными турбинами (3), может быть выражен с использованием полученной мощности и скорости вращения турбины. Коэффициент крутящего момента определяется как коэффициент мощности по отношению к скорости наконечника [2].

    Коэффициент мощности имеет максимальное теоретическое значение, называемое пределом Беца, которое для ветряных турбин равно 0,593. Коэффициент мощности задается производителем в зависимости от отношения скоростей наконечника и угла наклона. Общепринятой практикой является аналитическое выражение коэффициента мощности в экспоненциальной модели, как показано в (5) и (6). Параметр является изменяющимся во времени параметром из-за изменяющегося характера отношения скоростей наконечника [4].

    3. Математические модели

    Типичная конфигурация DFIG, подключенного к сети, показана на рис. 1; статор подает в сеть постоянные амплитуды напряжения и частоты.Ротор соединен с трехфазным встречно-параллельным преобразователем, которым можно управлять для обеспечения трехфазных напряжений с различными амплитудами и частотами. Эта функция помогает достигать различных рабочих условий при контроле скорости вращения ротора. В результате можно управлять работой, чтобы извлечь максимальную мощность. Эта функция отсутствует в конфигурации с фиксированной скоростью.


    3.1. Модель DFIG

    Динамическая (синхронная) вращающаяся система отсчета является наиболее часто используемой координатой для представления математической модели машины DFIG.После применения необходимых вращательных преобразований зависимости, управляющие напряжением статора, напряжением ротора, магнитным потоком статора и магнитным потоком ротора, могут быть выражены как показано в (7)–(14) [2, 3], где и .

    Производная по времени токов статора и ротора может быть извлечена путем преобразования предыдущей модели, как показано в уравнениях (15)–(18), где .

    Оценка напряжений и токов в синхронной системе отсчета позволяет рассчитать активную и реактивную мощности как для статора, так и для ротора (19)–(22).Также электромагнитный момент в системе отсчета d q можно оценить, как показано в (23) [2].

    3.2. Моделирование сетевой системы

    Сетевая система состоит из сетевого преобразователя (GSC), фильтра и напряжения сети, как показано на рис. 2. В установившихся условиях напряжения сети постоянны по амплитуде и частоте. Между тем, выходные напряжения могут быть изменены для достижения различных амплитуд и частот напряжения. В этом анализе можно использовать простейшую конфигурацию сетчатого фильтра, которая состоит из чисто индуктивного фильтра с паразитным сопротивлением .Электрические зависимости можно вывести из рисунка 2, и после применения преобразования компоненты напряжения GSC могут быть выражены, как показано в (24) и (25). Следовательно, активная и реактивная мощность сети в системе отсчета может быть получена, как показано в (26) и (27) соответственно [4].


    3.3. Моделирование ветряных турбин

    Уравнение качания (28) отражает взаимосвязь, управляющую работой механического вала. Наше основное внимание сосредоточено на области отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) (демонстрируется на кривой мощность-скорость, показанной на рисунке 3 как область 2).В этом регионе цель состоит в том, чтобы следовать кривой максимального отбора мощности, когда скорость ветра ниже номинального значения. Предлагаются различные стратегии управления ветряной турбиной для отслеживания кривой точки максимальной мощности. В этой работе косвенный регулятор скорости используется для регулирования электромагнитного крутящего момента, который математически представляет собой квадратичную функцию скорости турбины. При этом угол наклона поддерживается на оптимальном уровне. Следуя предыдущему аргументу, ветроустановки, работающие в зоне МРРТ, имеют коэффициенты, представленные в (29) [4].


    Связь между электромагнитным моментом DFIG и моментом турбины можно продемонстрировать, как показано в (30)–(32). и являются коэффициентами демпфирования как для турбины, так и для машины и представляют собой передаточное число редуктора. Более упрощенную, но менее точную модель можно получить, если пренебречь обоими коэффициентами демпфирования [4].

    3.4. Моделирование звена постоянного тока

    Конденсатор звена постоянного тока действует как накопитель энергии, который устанавливается между RSC и GSC с емкостью .Он работает как источник реактивной мощности, которая обеспечивает ток намагничивания ротора. Предполагая, что потери преобразователя не учитываются, мощность шины постоянного тока может быть оценена как разница между активной мощностью ротора и сети. Для контроля напряжения звена постоянного тока мощность звена постоянного тока может быть альтернативно выражена, как показано в следующем уравнении [39]: пространственные векторы напряжения с одной из двух синхронно вращающихся систем отсчета.В этом исследовании ориентация реализована на оси d для достижения развязанного управления как активной, так и реактивной мощностью статора и сети.

    4.1. Векторное управление преобразователем со стороны ротора

    Метод векторного управления применяется к модели DFIG, представленной в синхронно вращающейся системе отсчета. Этот метод предполагает, что ось d принудительно выравнивается с пространственным вектором потока статора. Соответственно поток статора относится только к компоненту оси d , в то время как компонент оси q принудительно равен нулю, как показано в (34).Следуя этому предположению и подставляя уравнения потокосцепления в уравнения напряжения ротора, мы получаем напряжения ротора как функцию тока ротора и потока статора, как показано в (35) и (36) [2].

    и в установившемся режиме напряжение статора остается постоянным. Соответственно поток статора также постоянен, а скорость его изменения равна нулю. Поэтому членом в уравнении (35) пренебрегают. Более того, составляющая падения напряжения на сопротивлении статора в зависимости имеет относительно малую величину и, следовательно, ею можно пренебречь.Следовательно, как напряжение статора, так и магнитный поток статора перпендикулярны, а напряжения статора упрощаются, как показано в следующем уравнении: как показано в (38). Кроме того, формула электромагнитного момента в системе отсчета d q , выраженная в (23), может быть изменена путем использования выравнивания потока статора с осью d , как показано в (39) [2].

    4.2. Векторное управление преобразователем со стороны сети

    Дальнейшие упрощения могут быть получены для преобразователя со стороны сети путем принудительного выравнивания оси вращения d с пространственным вектором напряжения сети. Следуя этой ориентации, компонент напряжения сетки по оси q будет равен нулю, как показано в (40). Оба напряжения со стороны сети можно упростить, как показано в (41) и (42). Кроме того, уравнения активной и реактивной мощности сети переформулируются, как показано в (43) [4].

    4.3. Представление в пространстве состояний

    Всю систему ветряной турбины, подключенной к сети, на основе DFIG можно охарактеризовать набором нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, как показано в (44)–(49). Уравнения выводятся путем преобразования соотношений, полученных ранее для машины DFIG, сетевого фильтра, механической модели ветровой турбины и звена постоянного тока. Всю модель можно линеаризовать относительно любой конкретной стационарной рабочей точки, а затем использовать для получения соответствующей модели в пространстве состояний.После линеаризации все матрицы пространства состояний становятся линейными, что выражается, как показано в (50) и (51) [39]. Для этой цели используется аппроксимация первого порядка разложения в ряд Тейлора. B , C и D представляют собой матрицу динамики или состояния, матрицу ввода, матрицу вывода или датчика и матрицу прохождения соответственно.Отклонения в переменных состояния, входных переменных и выходных переменных определяются, как показано в (52), (53) и (54) соответственно. Предполагается, что выход системы совпадает с вектором состояния. Следовательно, матрица C является единичной матрицей. Однако, поскольку нет прямой зависимости между входом и выходом системы, матрица D является нулевой матрицей.

    Для определения текущей установившейся рабочей точки требуется предварительное знание скорости основного потока и коэффициента рабочей мощности (реактивная мощность статора и реактивная мощность GSC).Следуя шагам, показанным в Алгоритме 1, текущую рабочую точку можно легко оценить и дополнительно автоматизировать. Производные по времени всех переменных состояния в уравнениях (44)–(49) устанавливаются равными нулю в установившемся режиме.

    (1)
    (1) процедуры
    (2)
    (3) Define
    (4) define
    (5) :
    (6)
    (7)
    (8)
    (9)
    (10)
    (11)
    (12)
    (13) Если потом
    (14)
    (15)
    (16 ) END IF
    (17) Если потом
    (18)
    (19)
    (20) Конец, если
    (21) (21) ,
    (22)
    (23)
    (24) Конец процедуры
    5.Методы управления

    В этом разделе обсуждаются аспекты управления на основе обычных ПИ-регуляторов, обычного LQR-контроллера и схем управления LQR с оптимальным планированием усиления.

    5.1. ПИ-регулятор

    Система управления на основе ПИ-регулятора описана на разных этапах. Во-первых, необходимо установить текущие контуры управления как для RSC, так и для GSC. Во-вторых, могут быть построены внешние контуры управления мощностью и скоростью. Последний этап требует настройки соответствующих усилений для контроллеров.Из-за выравнивания, выполненного с пространственным вектором потока статора, компоненты тока ротора могут обеспечить возможность независимого управления активной и реактивной мощностью статора, как показано в (55) и (56). Наглядно показано, что мощность и крутящий момент машины пропорциональны квадратурной составляющей тока ротора. Следовательно, регулируя , можно регулировать крутящий момент, скорость и реальную мощность машины. С другой стороны, регулирование реактивной мощности статора может быть достигнуто за счет управления составляющей постоянного тока ротора [2].

    Система управления RSC отвечает за создание соответствующих напряжений ротора для достижения желаемой активной и реактивной мощности статора. Следовательно, необходимы два основных контура управления. Во-первых, контуры внутренних токов ротора были описаны ранее в (35) и (36), где напряжения ротора являются функциями токов ротора и потока статора. Во-вторых, внешние контуры мощности и скорости были проиллюстрированы уравнениями (55) и (56). Кроме того, источник напряжения GSC управляет напряжением в звене постоянного тока и передачей реактивной мощности между турбиной и сетью.Регулирование напряжения в звене постоянного тока необходимо для предотвращения разряда конденсатора как в гиперсинхронном, так и в субсинхронном режимах работы, когда направление потока мощности между ротором и сетью различно. Передача активной мощности через преобразователь косвенно управляется через контроллер. Полная блок-схема управления с использованием ПИ-регуляторов показана на рис. 4.


    Для простоты можно игнорировать перекрестные условия, возникающие в контурах управления для обоих преобразователей источников напряжения.В результате можно получить эквивалентную замкнутую систему второго порядка, как показано в (58) и (59). Следуя той же процедуре, замкнутая система, эквивалентная реактивной мощности, снова собирает систему первого порядка, как показано в (60) [3].

    Размещение полюсов классической теории управления может быть использовано для размещения полюсов в желаемых местах. Характеристическое уравнение новых местоположений требует определенного коэффициента демпфирования и собственной частоты. В этом исследовании коэффициент демпфирования выбран для критически затухающих откликов.Таким образом, постоянные времени как для RSC, так и для GSC контуров управления током можно найти в (61). Для стабильной работы внутренний контур RSC выбирается в 100 раз быстрее, чем внешний [4].

    5.2. Оптимизированный контроллер LQR

    LQR предлагает системный подход к получению оптимального коэффициента усиления обратной связи, способного обеспечить стабильность линейной динамической системы при минимальных квадратичных затратах. Стоимость называется индексом производительности, как показано в (63). Матрица усиления обратной связи находится аналитически для систем с несколькими входами и многими выходами (MIMO).где и – весовые матрицы, которые характеризуются как полуположительные и положительно определенные матрицы. Матрица гарантирует соответствующую скорость сходимости с минимальными ошибками отклонения, в то же время снижая затраты энергии на входной управляющий сигнал. После оценки оптимальные усилия управления находятся, как показано в следующем уравнении:

    Первоначально выбираются соответствующие весовые матрицы для достижения наилучшего показателя производительности. После этого уравнение Риккати, показанное в (65), решается для положительно определенной матрицы .Наконец, оптимальная матрица усиления обратной связи, поддерживающая стабильность, находится, как показано в (66). Полная схема управления с использованием LQR представлена ​​на рисунке 5 [39].


    Матрицы весов и могут быть выбраны как матрицы идентичности, как и в обычном LQR. Однако это не гарантирует наилучшей производительности во временной области для всей системы. Некоторые состояния или входные данные управления имеют более доминирующие эффекты по сравнению с другими. Традиционно весовые матрицы получают с помощью процедур проб и ошибок, которые занимают много времени и не гарантируют наилучших характеристик во временной области [42].В качестве альтернативы можно использовать более систематический подход, применяя методы оптимизации. В этой работе для этой цели используется алгоритм оптимизации китов (WOA). Процесс выполняется в автономном режиме в дискретной области скорости ветра, а затем сохраняется в таблицах поиска для онлайн-реализации.

    5.3. Whale Optimization Algorithm

    Метаэвристические алгоритмы оптимизации широко используются инженерами, разработчиками и исследователями для решения различных задач оптимизации.Алгоритмы эталона могут эффективно находить лучшего кандидата для глобального оптимального решения, имитируя эволюцию физического явления, существующего в природе или практикуемого стадами животных во время охоты и спаривания. Алгоритм оптимизации китов (WOA) — это метод оптимизации на основе популяции, вдохновленный стратегией охоты на горбатых китов. Этот особый метод охоты известен как метод кормления с помощью пузырьковой сети. Замечено, что киты производят характерные пузыри, которые могут иметь форму круга или дорожки в форме «девятки».Этот метод используется в стратегиях эксплуатации и разведки для поиска оптимального решения. Сравнение производительности с другими эталонными метаэвристическими алгоритмами можно найти в [43].

    5.4. Многокритериальная оптимизация

    Для получения оптимальных весовых матриц ( и ) можно использовать различные характеристики частоты и временной области. В зависимости от инженерного решения некоторые показатели могут иметь большее значение, чем другие. В этой работе хорошо известные функции стабильности и временной области будут дополнены в среде многокритериальной оптимизации с равномерно распределенными весами, как показано в (67).Рассмотренными показателями производительности системы с обратной связью являются время установления , время нарастания , показатель устойчивости , пиковое значение , установившаяся ошибка и демпфирование системы .

    Для новой матрицы замкнутой системы время установления, время нарастания и пиковое значение могут быть легко получены в MATLAB для всех возможных комбинаций между выходами и входами. После этого сумма всех комбинаций возвращается в целевую функцию. Установившаяся ошибка оценивается с помощью выражения, показанного в (69).Индекс устойчивости отражает, насколько действительная часть полюсов удалена от комплексной мнимой оси, где находятся собственные значения системы. Система становится более стабильной с меньшим индексом устойчивости. Наконец, индекс демпфирования системы, показанный в (71), отражает количество колебаний отклика системы. Демпфирование можно определить количественно, разделив мнимые части полюса на реальные части полюсов. Таким образом, затухание минимизируется за счет уменьшения мнимой составляющей собственных значений.

    Метод скаляризации взвешенной суммы с равными весами используется для решения задачи многокритериальной оптимизации.Показатели производительности упорядочиваются для получения одной скалярной функции пригодности, как указано в (67). Однако отдельные индексы имеют разные единицы измерения; следовательно, они нормализованы, чтобы предлагать чувство справедливости. Нормирование осуществляется путем деления каждой целевой функции на ее максимально возможное значение, которое может быть получено при запуске алгоритма для каждой целевой функции в отдельности. Для таких ситуаций алгоритм обеспечивает минимальное значение требуемой цели за счет других, где они могли бы быть максимальными.

    Для данной скорости ветра и рабочего коэффициента мощности линеаризованные системные матрицы и вызываются из справочных таблиц, сохраненных ранее в автономном процессе. Начиная со случайных значений элементов весовых матриц, показанных в (72) и (73), уравнение Риккати оценивается аналитически и определяется матрица усиления обратной связи по состоянию. WOA продолжает исследовать различные значения весовых матриц, пока, наконец, не сообщит об оптимальном решении. WOA настроен на 10 поисковых агентов и максимальное количество итераций 500.

    6. Поддержка сети для активной и реактивной мощности

    Повышение уровня проникновения возобновляемой энергии требует, чтобы новые установленные технологии в большей степени учитывали аспекты надежности сети в нормальных условиях эксплуатации и после непредвиденных обстоятельств. Вспомогательные услуги включают управление активной мощностью, позволяющее регулировать частоту. С другой стороны, управление реактивной мощностью в точке общего соединения облегчает регулирование напряжения. В некоторых случаях из-за перегрузок или проблем, связанных с инерцией, ветряные электростанции вынуждены сокращать или распределять доступную мощность.В этом контексте этот раздел предназначен для оценки возможности поддержки реактивной мощности и ограничения реальной мощности для ветряных турбин на основе DFIG.

    6.1. Пределы реактивной мощности

    Возможности DFIG по обеспечению поддержки реактивной мощности ограничены несколькими ограничениями. Номинальные токи статора и ротора должны соблюдаться при любом режиме работы. При этом пределы работы сетевого преобразователя (GSC) при обеспечении реактивной мощностью не должны нарушаться [40].

    Стационарная модель в системе отсчета может использоваться для оценки пределов реактивной мощности при работе в области MPPT. Как было сказано ранее, реальная мощность статора пропорциональна квадратурному току ротора. Однако реактивная мощность статора связана с составляющей постоянного тока ротора. В этом контексте определяется достижение MPPT и не может быть изменено. Извлечение из уравнения (48) в установившемся режиме дает аналитическое выражение для любой заданной скорости ветра, как показано в (74).После этого можно оценить максимальную составляющую тока ротора. Наконец, границы реактивной мощности статора рассчитываются путем подстановки в (56).

    и, с другой стороны, поддержка реактивной мощности может быть ограничена ограничением тока статора, а не ограничением тока ротора. После оценки при определенной скорости ветра квадратурная составляющая тока статора определяется, как показано в (77). Соответственно, можно найти максимальную составляющую статора. Следовательно, реактивная мощность статора, ограниченная током статора, рассчитывается по уравнению (38).

    Две разные границы являются результатом ограничений токов ротора и статора. Однако фактическая реактивная мощность определяется тем, какие границы будут достигнуты первыми. Кроме того, работа на MPPT ограничивает количество реактивной мощности, которая может быть поглощена или отдана. Таким образом, поддержка реактивной мощности может быть улучшена путем ограничения активной мощности.

    6.2. Ограничение реальной мощности

    Ветряные турбины также могут участвовать в вспомогательных услугах активной мощности, таких как регулирование частоты и вращающиеся резервы.В таких случаях операция не следует MPPT. Вместо этого выполняется частичное отключение, чтобы обеспечить запас реальной мощности на случай чрезвычайных ситуаций. Кроме того, ограничение активной мощности улучшает реактивную мощность машины. Свертывание выполняется путем активации механизма управления шагом даже в области MPPT. Привод шага представляет собой механическую систему, которая представляет динамическое поведение между требуемым и измеренным углами шага. На рис. 6 показана блок-схема системы управления шагом, приводимой в действие серводвигателем, представленной моделью первого порядка.Основываясь на аппроксимированной нелинейной динамике системы управления по тангажу [44], производная угла тангажа по времени может быть описана выражением (79). Это уравнение добавлено для представления модели в пространстве состояний, в которую включены новая переменная состояния и ввод.


    Ветряные турбины, работающие в точке максимальной мощности, должны работать при оптимальном соотношении угла наклона и скорости вращения. При снижении мощности угол тангажа увеличивается пропорционально содержанию мощности в основном ветре. Это выполняется для извлечения только требуемой активной мощности.При любой конкретной скорости ветра определяется требуемая выходная мощность, где ее верхним пределом является максимальная мощность, извлекаемая при максимальном КПД. Это определяет коэффициент мощности, который обеспечивает снижение мощности, как ранее показано в уравнении (1). Для иллюстрации на рис. 7 показано соотношение между и при различных углах наклона. Из этих кривых требуется выбрать и те, которые обеспечивают ожидаемую, ограничивающую механическую мощность турбины.


    7. Результаты моделирования

    Чтобы оценить производительность предлагаемого контроллера LQR, a 2.В нашем моделировании используется ветряная турбина мощностью 4 МВт. Параметры машины указаны в таблице 1. В результате моделирования получены переменные состояния, а также реальная и реактивная мощность статора и ротора.

    544

    + 91 033 + V -5,2354 V 77,1038 V 563,3854 V 17,6069 V

    Пар Значение Пар Значение

    + F 50 Гц 2 МВт
    690 В 0.0026
    0,0029 0,087 мГн
    2,5 мГн р 4
    1760 1 с
    7,2
    127 кг. 1150 В
    80 мФ R 42 м
    0,29645
    0,4 мГн 20
    1,225 кг / Н 100
    1823 488 В
    717.32105 A 1072.471 A 1072.471 A 1072.471 9103
    140.1118 A 0 A
    137 137.1428 рад / с 1150
    3,8 м / с 12,5 м / с
    15 м / с 2,4 mw

    WOA Первоначально использует случайные значения для элементов в весовых матрицах (и ).Затем алгоритм исследует альтернативы до окончательной сходимости и сообщает о найденных оптимальных значениях. Диаграмма сходимости приведена на рис. 8 для целевой функции и отдельных индексов при скорости ветра 8  м/с. Контроллеры дизайн параметров для PI, так и LQR перечислены в таблице 2.


    +491,5995 39,4784
    0,05 21 0.5771
    -1000 -300000 0,2513
    20,6737 41,6646 19.3643 28.201
    9.2443 76.9038 11.9002 32.9333
    11.121
    76.9038

    Отзывы с временем домена для всех государственных переменных для обычный ПИ-регулятор и предлагаемый LQR-регулятор показаны на рисунках 9 и 10 соответственно. Моделирование проводится при фиксированной скорости ветра 8 м/с и коэффициенте мощности, равном единице. Начальные значения выбираются в качестве точки равновесия линеаризованной системы, как описано ранее в Алгоритме 1.Численные значения всех начальных условий приведены в таблице 1. Можно заметить, что предложенный регулятор обеспечивает меньшие пиковое значение, время установления и колебания. В этом контексте оптимизированный LQR может более эффективно стабилизировать систему по сравнению с ПИ-регулятором.



    Для демонстрации эффективности предлагаемого регулятора рассматривается изменение скорости ветра, как показано на верхнем левом графике рисунка 11. Матрицы линейной системы и матрица оптимального усиления обратной связи корректируются по мере изменения скорости ветра. в очень тонкой дискретной области скорости ветра.Скорость ветра изменяется по синусоиде, охватывающей всю область MPPT, то есть как субсинхронную, так и гиперсинхронную области. На рисунке сравниваются характеристики ПИ-регулятора, обычного LQR и LQR с планированием усиления. Верхний правый график показывает общую активную мощность, извлекаемую из турбины. Средние графики показывают активную мощность статора и ротора, а нижние графики иллюстрируют реактивную мощность статора и ротора. Ясно видно, что предлагаемый регулятор следует ожидаемому теоретическому значению с большей скоростью и даже ближе к максимальному ожидаемому значению.С точки зрения производства энергии, это незначительное повышение мощности будет иметь большое значение, особенно в регионах с сильными колебаниями скорости ветра.


    Наконец, представлено моделирование реактивной мощности в области MPPT. На рис. 12 показаны границы реактивной мощности (средний правый график) при увеличении скорости ветра с 5,5 до . В этом моделировании максимальная мощность извлечения достигается при оптимальном угле наклона. Отчетливо видно, что по мере увеличения выходной активной мощности границы поддержки реактивной мощности уменьшаются до меньших запасов.В запаздывающем режиме работы номинальный ток ротора определяет максимальную реактивную мощность, которая может быть передана в сеть. Однако в опережающем режиме ток статора определяет реактивную мощность, которая может быть поглощена. С другой стороны, на рис. 13 активировано управление углом наклона для ограничения выходной мощности до минимального значения (212 кВт). Как показано на среднем правом графике, это действие поддерживает максимальную способность поддержки реактивной мощности во всем регионе.



    7.1. Текущие ограничения и будущая работа

    (1) Работа, представленная в документе, проверена только с помощью моделирования. Наша будущая работа направлена ​​​​на экспериментальную проверку предложенной методологии. (2) Необходимы изменения конструкции для достижения устойчивости к изменению параметров и подавлению помех. (3) Оценка производительности контроллера с соответствующими изменениями конструкции при переходных процессах как напряжения, так и частоты на стороне сети. .

    8. Заключение

    В этой статье предлагается линейно-квадратичный регулятор (LQR) с оптимальным планированием усиления для ветряных турбин на основе асинхронных генераторов с двойным питанием.В этом исследовании используется метод оптимизации китов для нахождения оптимальных весовых матриц, гарантирующих оптимальные характеристики при любой конкретной скорости ветра. Процесс повторяется в автономном режиме в дискретной области скорости ветра. Соответствующие результаты сохраняются в таблицах поиска для использования во время онлайн-реализации. На основе профиля изменения скорости ветра параметры контроллера обновляются из справочных таблиц. По сравнению с обычным ПИ-регулятором результаты показали, что производительность предложенного LQR-регулятора стабильна, он имеет более быстрые отклики и способен более точно извлекать максимальную теоретическую мощность.При этом предложенный регулятор сохраняет линейность и простоту и представлен в более компактном виде.

    Кроме того, эффект управления углом наклона дополняется контроллером для возможности ограничения реальной мощности. Это позволяет ветряным турбинам поддерживать энергосистему и участвовать в различных вспомогательных услугах реальной энергетики. Кроме того, продемонстрировано влияние снижения реальной мощности на повышение способности поддержки реактивной мощности.

    номенклатура
    9 1033 :
    : Угол шага
    : Соотношение скорости солома : Штаты Matrix :
    : Matrix : : Выходная матрица
    :
    : MATRIX
    : :
    : Выходные переменные вектор
    : Турбинная роторная угловая скорость
    : статор / Rotor Flux Nincages
    : : : Коэффициент утечки
    : Техника регулятора Техника :
    : Время контроля времени PI Control
    : Коэффициент демпфирования
    : Площадь поверхности
    :
    : :
    : Коэффициент крутящего момента
    : DC Link Embacitance
    : коэффициенты демпфирования
    : Стационарная ошибка
    : : Объективная функция
    : STATOR и ROTOR D Q Токи
    : Номинальная тока Rotor
    : Номинальный статор Ток
    : момент инерции
    : :
    : Сетка для бокового фильтра Inductance
    : Взаимная индуктивность
    : роторная индуктивность
    : Самоиндуктивность статора
    :
    : Индукты утечки намотки ротора
    :
    : индуктивность намотки статора
    : Коэффициент коробки передач
    : Количество полюсов
    : Сетка реальная Реактивная мощность
    :
    : Турбина Номинальная мощность
    : Статор / ротор реальная и реактивная мощность
    : :
    : DC Link Power
    : Riccati Уравнение решения MATRIX
    : 51026:
    : Диагональная полупозитонная определенная матрица
    : Радиус ветротурбинного ротора
    : Грид сопротивление
    : Сопротивление статора и ротора Санценсы
    : Диагональ положительный Определенный Matrix
    : Устойчивость индекса : Электромагнитный крутящий момент
    : Турбинный механический крутящий момент
    : Rising Time
    :
    : Устанавливаясь
    : : :
    : Нарезанные ветровые скорости
    :
    Скорость ветра
    : Номинальный ветер Скорость
    : DC Link напряжение и ток
    : : GSC 2 D — Q Напряжения / токи
    : GRID D Q Напряжение
    : Статор и ротор d q напряжения
    : Rotor Частота-электрика (RAD / SEC)
    : Синхронная частота-электрика (RAD / SEC)
    : Натуральные частоты PI Текущего управления
    : Rotor Electrical скорость (рад/сек)
    : Механическая скорость ротора.
    Доступность данных

    Данные предоставляются по запросу у соответствующего автора (д-ра Ашрафа Радаиде; электронная почта: [email protected]; альтернативная электронная почта: [email protected] ; Тел: +962 2 7211111 EX1-отд. 4239. EX2-офис 4305).

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Технический анализ минимально необходимого напряжения в звене постоянного тока

    %PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 8 0 объект /Заголовок /Тема /Автор /Режиссер /CreationDate (D:20220308164751-00’00’) /ModDate (D:20200506031202+00’00’) /Версия (1.7) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > эндообъект 5 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > поток

  • Преобразователи, подключенные к сети, как поставщики вспомогательных услуг реактивной мощности: технический анализ минимального требуемого напряжения в звене постоянного тока
  • конечный поток эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageC /ImageB /ImageI] >> эндообъект 19 0 объект > поток xڝXɎ6+֐UC-Hɪ,{KjOw!XZN~rS\;~’?8azyk_SryNuzqv.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.