Способы снижения затрат и повышение надежности работы электропривода ГПА с высоковольтным преобразователем частоты

С целью снижения затрат и повышения надежности работы преобразователя путем исключения датчиков напряжения на конденсаторах разработан алгоритм наблюдателя контролируемых величин  и  . Входными данными наблюдателя служат показания высокочастотных датчиков тока статора, датчика напряжения звена постоянного тока и датчика положения ротора. Структурная схема наблюдателя включает блок косвенного измерения напряжений конденсаторов по выходному напряжению ПЧ, блок оценки напряжения ПЧ по фазному напряжению двигателя и напряжению нулевой последовательности и блок наблюдателя напряжений двигателя по измеренным токам статора и скорости вращения ротор.

Амплитуды импульсных последовательностей  и   при отсутствии возмущений принимают значения - и . В случае небаланса имеет место амплитудная модуляция этих последовательностей изменяющимся напряжением (t). Напряжения (t) представляют собой чередование пакетов импульсов и пауз при длительности пакета, равной полупериоду модулирующего сигнала.

Напряжение (t) рассматривается как амплитудно- модулированный импульсный сигнал переменной длительности. Напряжение огибающей импульсной последовательности (t) находится с помощью ступенчатого интерполятора с элементом памяти, на вход которого поступает цифровой сигнал импульсной последовательности (t) где  - период тактовых сигналов микропроцессора. Сглаживание ступенчатого сигнала осуществляется блоком измерения среднеквадратичного значения с интервалом усреднения, равным периоду T_s несущего сигнала ШИМ. По огибающей импульсной последовательности (t) оценка напряжения на конденсаторе (t) производится по формуле

                                       (5)

Рассматривалась динамика напряжений на переключаемых конденсаторах,

вызванная ступенчатым приращением напряжения в звене постоянного тока. Изменение напряжений (t) и (t), (г) при отключенной системе стабилизации. Влияние контура обратной связи на переходной процесс в измененном масштабе времени. Сравнение полученных оценок с результатами прямых измерений показало, что их отличие не превышает 0,5%. Это подтверждает работоспособность предложенной схемы наблюдателя и возможность ее использования в системе стабилизации напряжений на переключаемых конденсаторах.

Следовательно, включение схемы стабилизации в структуру блока управления работой преобразователя позволяет более чем на два порядка уменьшить время реакции на внешнее возмущение. Это свидетельствует об эффективности предложенного способа стабилизации.

Для реализации энергосберегающего высоковольтного электропривода газоперекачивающих агрегатов мощностью несколько мегаватт преобразователь частоты должен строиться на базе многотактной и многоуровневой структуры. Непрерывность технологического процесса в случае провала напряжения сети достигается стабилизацией напряжения звена постоянного тока преобразователя частоты за счет кинетической энергии, запасенной в роторе газоперекачивающего агрегата.

Энергосберегающий эффект частотно-регулируемого привода ГПА обусловлен возможностью работы агрегата с максимальным КПД во всем диапазоне регулирования подачи газа. Дополнительный эффект получается от использования энергосберегающих алгоритмов управления, минимизирующих потери энергии в меди и стали двигателя. В состав рассматриваемого агрегата входит нагнетатель центробежного типа, асинхронный электродвигатель, мультипликатор, ПЧ с воздушным охлаждением, силовой согласующий трансформатор и система автоматического управления агрегатом. На основании теплового расчета IGBT модулей FZ750R65KE3 по программе Iposim фирмы Infineon установлено, что допустимый ток модуля 310 А меньше требуемого тока привода Р=4 МВт, U=6 кВ в 1,65 раза. Поэтому инвертор напряжения может быть выполнен в виде параллельного соединения двух четырехуровневых блоков. Для улучшения показателей качества энергии используется двухтактный режим работы ПЧ, который обеспечивается за счет фазового сдвига на 180 градусов между системами развертывающих напряжений смежных инверторов. Это позволило снизить коэффициент THDU выходного напряжения при f=600 Гц и ш=1,0 с 19 % до 13%.

Временные диаграммы формирования состояния ключей и динамика изменения напряжений на переключаемых конденсаторах для ШИМ-1 (а) и ШИМ-2 (б) приведены на рисунке 3. Как и было отмечено выше, метод ШИМ-2 с пилообразной формой развертывающего сигнала обеспечивает наилучшее качество напряжения по сравнению с методом ШИМ-1.

Важной задачей повышения надежности ЭГПА и сохранения непрерывности технологического процесса является обеспечение работоспособности агрегата на магистраль при кратковременных провалах напряжения сети. Для решения этой задачи разработана схема поддержания напряжения звена постоянного тока за счет рекуперации кинетической энергии, запасенной во вращающемся роторе. Эта схема включена в алгоритм частотного управления приводом агрегата.

 Рисунок 3 - Временные диаграммы формирования состояния ключей и динамика изменения напряжений на переключаемых конденсаторах для        ШИМ-1 (а) и ШИМ-2 (б)