Высоковольтные преобразователи частоты их структура и характеристики

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Научно–технические проблемы энергетики»

На тему: «Повышение эффективности газоперекачивающих агрегатов на базе высоковольтных преоброзователей частоты»

Специальность: 7М07101 «Электроэнергетика»

Выполнил: Жумаканов А.Е. Группа: МЭЭ(ЭАПУ)н-19-2

Руководитель: к.т.н.,профессор Цыба Ю.А.

_________________«____» ____________2020г.

 

Принял: проф. Соколов С.Е.

_________________«____» ____________2020г.

(подпись)

 

Алматы 2020

Содержание

	Введение………………………………….………………………………….		3
	1 Высоковольтные преобразователи частоты их структура и		5
	характеристики……………………………………………………………...
	1.1	Проблема электромагнитной совместимости высоковольтных	6
	преобразовате­лей частоты……………………………………………….
	1.2	Структура частотно – регулируемых высоковольтных приводов.........	6
	1.3	Способ стабилизации сбалансированного режима преобразователя	9
	частоты........................................................................................................
	1.4	Способы снижения затрат и повышение надежности работы	11
	электропривода ГПА с высоковольтным преобразователем частоты..
	2	Имитационные модели для исследования высоковольтных	13
	преобразователей частоты в среде MatLab-Simulink……………………
	2.1	Имитационная модель двухуровневого АИН на IGBT………………..	14
	2.2	Имитационная модель ПЧ с многообмоточным трансформато­ром и	15
	каскадным соединением инверторных модулей……………………….
	2.3	Имитационная модель с ШИМ-выпрямителем и ШИМ АИТ на	16
	SGCT……………………………………………………………………..
	Заключение………………………………………………..		17
	Список использованных источников…………………………………		18

 

 

Введение

Актуальность: Электротехнический комплекс систем транспортировки газа мощностью от нескольких мегаватт до десятков мегаватт включает высокоскоростной газоперекачивающий агрегат (ГПА), привод, систему электроснабжения, систему управления. В связи с необходимостью снижения потерь энергии, повышения точности управления агрегатами, снижения выбросов вредных веществ актуальным является переход от газотурбинных приводов ГПА к частотно-регулируемому высоковольтному (ВВ) электроприводу. Реализация преимуществ частотно-регулируемых приводов (ЧРП) зависит от структуры и характеристик преобразователей частоты (ПЧ), которые предопределяют гармонический состав напряжения и тока в обмотках приводного двигателя, потери в меди и стапи, пульсации электромагнитного момента, а также влияние привода на сеть. В связи с ограниченными значениями рабочих напряжений быстродействующих элементов силовой электроники ВВ преобразователи должны выполняться по многоуровневым схемам. Наиболее перспекггивной является структура на ЮВТ/ЮСТ модулях и переключаемых (плавающих) конденсаторах. Эту структуру отличает отсутствие фиксирующих диодов, равномерное распределение потерь в элементах, возможность непосредственного подключения к сети без согласующего трансформатора через обратный инвертор и др. Несмотря на значительный объем исследований в этом направлении, остается нерешенным ряд задач, препятствующих широкому использованию подобных преобразователей в ВВ электроприводах. К таким задачам относится вопрос обеспечения эффективного режима функционирования преобразователя в условиях разброса его параметров и возмущений со стороны электропривода и сети. Поэтому тема исследований, направленных на повышение эффективности ВВ электропривода газоперекачивающих агрегатов на базе многоуровневого ПЧ является актуальной.

Цель работы: Обеспечение эффективности асинхронного 6 кВ электропривода ГПА путем использования многотакгного 4-х уровневого инвертора на переключаемых конденсаторах.

Турбокомпрессорные установки сегодня являются ос­новой всех газоперекачивающих агрегатов магистральных газопрово­дов. От энергетических характеристик центробежных нагнетате­лей и их приводов во многом зависят энергоэффективность, надеж­ность и экологичность в целом газотранспортных систем. С этих системных позиций наиболее перспективными в новых эконо­мических условиях являются электроприводные газоперекачивающие агрегаты (ЭГПА), потенциал энергосбережения и функциональные возможности которых далеко не исчерпаны. В соответствии с концепцией развития ЭГПА наметилась устойчивая тенденция перехода на использование частотно-регулируемых электроприводов ЭГПА на базе высоковольт­ных преобразователей частоты, выпускаемых, в частности, по импорт замещению и рядом отечественных предприятий.

Одним из основных энергетических показателей, харак­теризующих технический уровень высоковольтных преобразователей частоты (ВВ ПЧ), является степень искажения формы выходного на­пряжения и тока ПЧ в ЭГПА. Являясь нелинейной нагрузкой для питающей сети, ПЧ искажает форму тока в линиях питания и в результате вызывает искажение на­пряжения в питающей сети, что неблагоприятно отражается на работе другого электрооборудования, питающегося от данной сети. В связи с чем проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) мощных по­лупроводниковых ВВ ПЧ с примыкающими сетями электроснабжения является актуальной. Эта проблема связана с двумя факторами: потреблением реактивной мощности на ос­новной частоте и искажениями формы тока в питающей сети.

Поэтому в данном реферате, для частотной области регулирования ЭГПА, рассматриваются системы управления ВВ ПЧ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) которые обеспечивают наименьшие искажения выходного напряжения. При этом для проведения исследований с целью обоснования эффективного способа регулирования и выбора параметров ШИМ приводяться имитационные модели высоковольтных  преобразователей частоты ЭГПА в среде Simulink Matlab, принципы построения которых также могут быть использованы для выполнения моей диссертационной работы.

 

 

Высоковольтные преобразователи частоты их структура и характеристики

 

1.1 Проблема электромагнитной совместимости высоковольтных преобразовате­лей частоты

Как было отмечено выше,одним из основных энергетических показателей, харак­теризующих технический уровень высоковольтных преобразователей частоты (ВВ ПЧ), является степень искажения формы выходного на­пряжения и тока ПЧ в ЭГПА [1].

Являясь нелинейной нагрузкой для питающей сети, ПЧ искажают форму тока в линиях питания и в результате вызывают искажение на­пряжения в питающей сети, что неблагоприятно отражается на работе другого электрооборудования, питающегося от данной сети.

Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) мощных по­лупроводниковых ПЧ с примыкающими сетями электроснабжения свя­зана с двумя факторами: потреблением реактивной мощности на ос­новной частоте и искажениями формы тока в питающей сети.

Ограничение потребления реактивной мощности до нормативных значений cosφ обычно обеспечивается в ПЧ с автономным инвертором напряжения (АИН) использованием неуправляемого выпрямителя (НВ). Реактивная мощность по первой гармонике при этом невелика. При использовании активных (управляемых) выпрямителей (АВ), что характерно для ПЧ с автономным инвертором тока (АИТ), применяют АВ или дополнительные фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ).

При выпрямлении тока трехфазным мостовым полупроводнико­вым преобразователем, нагруженным на емкостную нагрузку фильтра, возникает искажение (несинусоидальность) формы тока в сети, пи­тающей выпрямитель. Высшие гармоники тока вызывают падение на­пряжения в элементах питающей сети, что ведет к искажению напря­жения в сети с ПЧ.

Нормы качества электрической энергии в системах электроснаб­жения общего назначения установлены ГОСТ 13109-97, который опре­деляет коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения как полный коэффициент гармоник (THD).

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэф­фициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с номинальным напря­жением 6-20 кВ не должно превышать 5 и 8 % соответственно.

Обычно при измерении и разложении в ряд периодической кри­вой напряжения ограничиваются учетом гармоник, включая 40-ю, n < 40. Это связано с возможностями измерительных приборов. При этом нор­мально допустимые значения коэффициента n-й гармонической со­ставляющей напряжения в точках общего присоединения к электриче­ским сетям с номинальным напряжением и_ном 6-20 кВ прини­мают в 1,5 раза большими.

Для оценки влияния ПЧ на сеть недостаточно знать коэффициен­ты искажения (к_и). Большое значение здесь имеет величина мощности короткого замыкания, приведенная к напряжению шин в точке под­ключении ПЧ. Для мощных сетей с большими токами короткого замы­кания искажение формы тока может отражаться незначительно.