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 ином 6-20 кВ принимают в 1,5 раза большими.
Для оценки влияния ПЧ на сеть недостаточно знать коэффициенты искажения (ки). 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.