Меню

Система управления компенсатором реактивной мощности

Что такое УКРМ и какие проблемы решает устройство?

Как часто российские пользователи (домовладельцы и производственные предприятия) получают некачественную электроэнергию и переплачивают за энергоресурсы по причине неэффективности систем энергообеспечения? Практически всегда. И это несмотря на постановления Правительства РФ и приказы Минэнерго, которые вступили в силу более 10 лет назад. А проблема малой эффективности и повышения качества решается – достаточно установить устройство компенсации реактивной мощности с подходящими в конкретной ситуации характеристиками.

Что такое УКРМ

Устройство компенсации реактивной мощности – устройство, поглощающее «лишнее» электричество, не приносящее пользы.

Поток электричества с УКРМ и без установки

Чем мощнее энергопоток по кабелям, тем больше излишков остается из-за колебаний потоков. Результат: износ и перегрев проводов, нецелевые расходы электроэнергии (переплаты), при использовании мощного оборудования повышен риск поломки техники.

Группа «РУСЭЛТ» выпускает приборы для использования в промышленности. В зависимости от условий эксплуатации мы предлагаем различные модели устройств:

  • КРМ-0,4(от 20 до 1000 кВар) – используются для автоматического и ручного регулирования мощности;
  • КРМ-Ф (от 20 до 1000 кВар) кроме компенсации выполняют вторую немаловажную функцию – фильтрации;
  • КРМ-MINI (20, 30, 40 кВар) – управляемые устройства, компенсирующие мощность электричества в сетевых кабелях.

Приборы рассчитаны на промышленную эксплуатацию в умеренных климатических условиях. Полная работоспособность сохраняется в температурном диапазоне -40-+40°С, рекомендованная влажность до 80%.

Конструкция и принцип действия

Агрегат состоит из пяти функциональных блоков:

  • Батарей-конденсаторов, которые соединяются по схеме «треугольник» с разрядными резисторами.
  • Пускателей и дополнительной контактной группы, которые обеспечивают предварительный заряд конденсирующих батарей.
  • Предохранителей, минимизирующих риски поломок из-за резких скачков напряжения.
  • Разъединителя (в некоторых моделях автоматического выключателя).
  • Регулятора коэффициента мощности.

Компенсация реактивной мощности происходит по следующей схеме:

Измерительная система в электронном формате выполняет контроль реактивной и активной энергии (измеряет напряжение токов в сети).

Контроллер (регулятор) проводит замеры мощности, подключая или отключая конденсаторы по мере необходимости. На основании замеров и измерений показания сравниваются с эталонной величиной, при наличии отклонений от заданных параметров устройство переключает аппарат для обеспечения необходимого значения. Проще говоря, УКРМ обеспечивает снижение реактивной энергии при минимальном цикле переключений, чем повышает КПД энергоносителей и снижает риск неисправностей комплектующих электросетей.

Прибор регулярно измеряет расхождение фаз тока и напряжения и меняет свою емкость в зависимости от потребительской необходимости

Как установка помогает экономить деньги?

Установка КРМ, используется в промышленности, при эксплуатации в тандеме
с электродвигателями, которые и являются основными потребителями реактивной мощности. Если «полезная» энергия тратиться на работу мотора, то реактивная приводит к снижению его эксплуатационных преимуществ. например, увеличивается риск преждевременной поломки, чаще нужны остановки оборудования для охлаждения, что отражается на производительности предприятия.

Без УКРМ пользователь платит и за бесполезную энергию

Реактивная доля электричества «гоняется» по проводам, не принося пользы, а из-за ее избытка возникает перегрев, обеспечивается дополнительная нагрузка на сеть и оборудование. Итог: у пользователя двойная потеря – переплата за нецелевую электроэнергию и повышенный риск поломок электрооснащения. А потери и риски сводятся к минимуму без значительных трат – покупкой и установкой УКРМ, И чем больше мощность потребляемой энергии, тем больше выгод от использования компенсатора.

Выгоды использования

Повысить энергоэффективность энергоносителей, свести к нулю вероятность поломок промышленного оборудования помогает установка УКРМ. Причем этот вид компенсации экологичен, ни окружающей среде, ни здоровью человека не наносится какого-либо вреда. К преимуществам использования приборов потребители и специалисты относят:

  • увеличение полезной мощности (КПД электросетей и оборудования до 97%);
  • снижение количества фактически потребленной энергии на 20-30%;
  • увеличение стабильности уровня напряжения;
  • повышение срока безаварийной работы техники;
  • снижение расходов на коммунальные услуги (электроэнергию);
  • уменьшение пропускной способности в электросетях (минимизация риска перегрева и короткого замыкания).

Использование УКРМ в производстве позволяет избежать и таких расходов как штрафы со стороны органов госконтроля.

Компания «РУСЭЛТ» специализируется на производстве современной техники, которая помогает сократить энергетические затраты. Наша задача – удовлетворить запросы потребителей и предоставить устройства, на 100% соответствующие поставленным задачам. В ассортименте УКРМ различной функциональности, конструкции, типа работы, поэтому мы уверены – выбрать прибор с оптимальными характеристиками сможет каждый потребитель.

Источник



Разработка микропроцессорной системы управления шестиступенчатого компенсатора реактивной мощности Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Игольников Юрий Соломонович, Герман Олег Юрьевич

На сегодняшний день в Российской Федерации микропроцессорные системы управления используются не повсеместно, а только в сетях с напряжением свыше 10кВ. Представленная разработка позволяет решить проблему использования компенсаторов реактивной мощности , рассчитанных на низкое напряжение и большие токи. По сравнению с существующими аналогами, выпускаемыми в ближнем и дальнем зарубежье, данный комплекс отличается рядом технических решений как в области силовой электроники, так и в области микропроцессорных систем управления.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Игольников Юрий Соломонович, Герман Олег Юрьевич

Development of micro-processing control system for six-stage reactive power compensator

Today such systems in the Russian Federation are not used universally, usually they are applied in networks with tension with above 10kV. This lay-out allows to solve a problem use of jet power jacks, designed for a low voltage and big currents. In comparison with existing analogs which are let out in Former Soviet Union and abroad, this complex differs with a number of technical solutions, both in the field of power electronics and in the field of microprocessor control systems.

Читайте также:  Стартер не выдает полной мощности

Текст научной работы на тему «Разработка микропроцессорной системы управления шестиступенчатого компенсатора реактивной мощности»

разработка микропроцессорной системы управления для шестиступенчатого компенсатора реактивной мощности

Ю. С. Игольников, о. Ю. Герман

На сегодняшний день в Российской Федерации микропроцессорные системы управления используются не повсеместно, а только в сетях с напряжением свыше 10кВ. Представленная разработка позволяет решить проблему использования компенсаторов реактивной мощности, рассчитанных на низкое напряжение и большие токи. По сравнению с существующими аналогами, выпускаемыми в ближнем и дальнем зарубежье, данный комплекс отличается рядом технических решений как в области силовой электроники, так и в области микропроцессорных систем управления.

Ключевые слова: компенсация, реактивная мощность, микропроцессорная система управления, датчик тока.

DEVELOPMENT OF MICRO-PROCESSING CONTROL SYSTEM FOR SIX-STAGE REACTIVE POWER COMPENSATOR

Yu. S. Igol’nikov, O. Yu. German

Today such systems in the Russian Federation are not used universally, usually they are applied in networks with tension with above 10kV. This lay-out allows to solve a problem use of jet power jacks, designed for a low voltage and big currents. In comparison with existing analogs which are let out in Former Soviet Union and abroad, this complex differs with a number of technical solutions, both in the field of power electronics and in the field of microprocessor control systems.

Keywords: compensation, jet capacity, microprocessor, control system, current sensor.

В современном мире стоит проблема повышения качества электроэнергии без потери мощности в сетях переменного тока. В связи с этим существуют различные способы и методы повышения качества параметров электросети, работающие на различные типы нагрузки (выпрямители для гальванических ванн, тяговые подстанции, дуговые плавильные печи и т. д.).

Рассмотрим наиболее часто встречающийся случай цеховых сетей, работающих с различными устройствами преобразовательной аппаратуры (электрические машины, выпрямители, инверторы) и потребляющих значительную мощность из сети. Все вы-

шеуказанные потребители при работе производят сброс части потребляемой энергии в сеть, что отрицательно сказывается на потребителях, приводит к ухудшению гармонического состава, снижению cosф [1].

Существует три основных способа увеличения коэффициента мощности: компенсация за счет перевозбужденной синхронной машины; за счет транзисторных корректоров коэффициента мощности; индуктивно-емкостная компенсация коэффициента мощности.

рассмотрим более подробно индуктивно-емкостной компенсатор реактивной мощности, основанный на выравни-

© Игольников Ю. С., Герман О. Ю., 2014

вании угла между током и напряжением с помощью косинусных конденсаторов и индуктивностей, работающих в режиме фильтра высших гармоник. Анализ стандартных схемотехнических решений индуктивно-емкостных компенсаторов реактивной мощности показал, что использование статических и динамических компенсаторов имеет ряд существенных недостатков:

— достаточно высокий коммутационный ток в статических компенсаторах;

— резкое снижение надежности динамических компенсаторов за счет возникновения лавинного тока при включении тиристоров в ступенях;

— наличие значительного числа фильтра высших гармоник и числа коммутирующих элементов.

На основании вышесказанного была разработана и заявлена система микропроцессорного управления ше-стиступенчатым компенсатором реактивной мощности, в котором отсутствуют вышеперечисленные недостатки. На рис. 1 представлена доработанная версия микропроцессорной системы управления компенсатором реактивной мощности. Данная структурная схема позволяет полностью отслеживать все изменения

токов и напряжении в нагрузке, а также осуществлять управление силовыми ключами, включением необходимой емкости конденсаторных батареи в зависимости от изменения соБф.

Согласно рис. 1, измерение входных и выходных токов происходит за счет датчиков тока Dia1-Dic3.1, работающих на эффекте Холла. Процесс отслеживания напряжения на входе компенсатора по фазе «А» производится с помощью датчика напряжения DVa. Датчики, отслеживающие переходы фазы через ноль, предназначены для формирования управляющего сигнала, сигнализирующего микроконтроллеру о необходимости выдачи сигнала управления тем или иным ключом, подключающим конденсаторные батареи в зависимости от изменения коэффициента мощности. Основой для построения микропроцессорной системы является контроллер Atmega2560, выпускаемый фирмой Atmel. Параметры всей системы задаются с помощью клавиатуры Keybord или с помощью ПК через RS232 интерфейс. Система имеет LCD дисплей, предназначенный для индикации параметров сети и системных установок, а также индицирует о наличие удаленного подключения по интерфейсу RS485.

Р и с . 1 . Структурная схема микропроцессорной системы управления компенсации реактивной мощности

Разработанная микроконтроллерная система управления отличается от существующих аналогов низкой ценой, простотой реализации системы управления, особенностями управления силовой части (мягкое включение ступеней). На рис. 2 представлена схема силовой части шестиступенчатого компенсатора реактивной мощности, состоящего из трех батарей конденсаторов различной емкости; элементов коммутации, выполненных на не полностью управляемых вентилях Т1-Т6, и диодно-транзисторных коммутаторах, выполненных на элементах

УВ12 и УТ1-УТ4; фильтров высших гармоник L1-L6 [3].

Согласно рис. 2, переключение первой ступени осуществляется за счет работы диодно-транзисторного коммутатора (УВ1-«УВ6, УТ1,УТ2) в активном режиме, что позволяет перевести схему в режим компенсации. Вторая ступень работает аналогичным образом, только производится коммутация элементов ^7^12, УГ3,УГ4). Третья ступень основана на включении тиристоров Т1-Т6 в моменты перехода фазы через ноль. Оставшиеся три ступени являются комбинацией переключения первых трех [2].

Рис. 2 . Схема силовой части шестиступенчатого компенсатора реактивной мощности

Читайте также:  Трактор мощностью 132 квт

Проведенные исследования показали возможность использования данной системы в различных сетях переменного тока с разным типом нагрузок, продемонстрировав лучшие параметры по сравнению с другими аналогами [3]. Внедрение представленной системы на российских энер-

гозатратных предприятиях существенно увеличит их экономическую эффективность. Использование данной технологии в промышленности позволит управлять коэффициентом мощности на удаленном расстоянии от установки, что снизит затраты на обслуживание. В процессе про-

веденных теоретических исследований было установлено, что система данного типа позволит потребителю существенно экономить на оплате электроэнергии от 12 до 30% независимо от времени года.

Таким образом, внедряемая система микропроцессорного управления

шестиступенчатым компенсатором ре- в

активной мощности существенно уве- Ц

личит экономическую эффективность, §

технические и эксплуатационные пара- |

метры нагрузки. В дальнейшем такие §

комплексы могут быть распространены Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Источник

Система управления статическим компенсатором реактивной мощности для симметрирования трёхфазной нагрузки

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 25.04.2014 2014-04-25

Статья просмотрена: 1187 раз

Библиографическое описание:

Кузьмин, С. В. Система управления статическим компенсатором реактивной мощности для симметрирования трёхфазной нагрузки / С. В. Кузьмин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 6 (65). — С. 175-179. — URL: https://moluch.ru/archive/65/10590/ (дата обращения: 22.03.2021).

Рассматриваются режим работы компенсатора типа статком при симметрировании несбалансированной нагрузки. Основное внимание уделено синтезу системы автоматического управления. Приводится методика определения коэффициентов регуляторов.

Ключевые слова: статком, компенсатор реактивной мощности, симметрирование трёхфазной нагрузки

Основным документом, регламентирующим требования к качеству электроэнергии на территории РФ, является ГОСТ Р 54149–2010 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» (введён в действие с 01.01.2013 г.). ГОСТ устанавливает показатели и нормы качества электроэнергии в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей низкого, среднего и высокого напряжений систем электроснабжения общего назначения переменного тока частотой 50 Гц.

Протекание несимметричных токов в сетях общего назначения приводит к возникновению несимметрии напряжений и является причиной нарушения одного из показателей качества электроэнергии — коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности . Допустимое значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности составляет 2 %, предельное — 4 %. В условиях, когда соизмеримы мощности источника и приёмника электроэнергии, несимметричный ток приведёт к искажению питающего напряжения вплоть до шин генераторов.

Традиционно симметрирование токов в трёхфазных сетях осуществлялось путём с помощью конденсаторных батарей, соединённых по схеме треугольника [1]. Недостатком такого способа является сложность выбора конденсаторов для разных случаев несимметрии. Кроме того дополнительная функция данного варианта — это генерирование реактивной мощности в сеть, поэтому для одних случаев эта дополнительная функция является положительной, а для других — отрицательной.

Так же известны устройства симметрирования на базе встречно-параллельных тиристоров и последовательно включённого к ним дросселя [2]. Недостатком такого устройства является искажение формы кривой тока и значительное потребление реактивной мощности.

Развитие элементной базы силовой электроники и новых методов высокочастотной модуляции привели к созданию нового класса устройств, улучшающих качество электроэнергии [2]. В зависимости от требуемых функций такие преобразователи получили различные названия: активные фильтры, статические компенсаторы реактивной мощности (статком), сетевые инверторы, кондиционеры сети.

В основе всех вышеназванных устройств по своей сути лежит схема трёхфазного (однофазного) автономного инвертора напряжения или тока, построенного либо на IGBT или MOSFET транзисторах, либо на IGCT или GTO тиристорах. Применение полностью управляемых полупроводниковых приборов позволяет создавать требуемые компенсирующие токи с малым содержанием высших гармонических составляющих за счёт использования методов широтно-импульсной модуляции.

Рис. 1. Схема силовых цепей статком

Анализ литературы по данному вопросу показал, что на сегодняшний день не исследованным остался вопрос о применении вышеназванных типов преобразователей в качестве устройств, снижающих несимметрию потребляемых тяговой подстанцией токов. В связи с этим актуальной научной задачей является разработка системы управления статком в режимах симметрирования нагрузки. Решению данной задачи и посвящена настоящая статья.

Рассмотрим структуру и функционирование системы управления статком для режима симметрирования нагрузки. На рис. 2 представлена функциональная схема разработанной системы. Контуры регулирования координат образуют концентрическую систему, в которой каждый внутренний контур управляется сигналом от внешнего контура, т. е. является подчиненным по отношению к нему. В электроприводе такие системы строятся по принципу подчинённого регулирования координат.

Внешний контур — это контур регулирования напряжения на выходном конденсаторе. Как правило, используется ПИ-регулятор напряжения (РН). На вход РН поступает разность сигнала задания напряжения на конденсаторе и сигнала текущего напряжения на конденсаторе с датчика напряжения (V1). На выходе регулятора напряжения получаем значение d-составляющей тока статком , которая обеспечит заряд конденсатора до требуемого уровня напряжения. Внутренний подчинённый контур — это контур регулирования тока сети. Регулирование осуществляется по двум проекциям на оси системы координат dq, вращающейся с круговой частотой сети [3]. Ось 0d этой системы координат с помощью блока синхронизации совмещается с обобщённым вектором фазного напряжения сети.

Датчики тока A1, A2 (третий ток вычисляется из условия равенства нулю суммы токов) измеряют фазные токи нагрузки, из которых выделяется основная гармоника ia(1), ib(1), ic(1). Компенсирующие токи находятся путём выделения соответствующих составляющих () из проекций обобщённого вектора токов нагрузки Id(1), Iq(1) с помощью блока выделения. Далее сигнал поступает на сумматор С2, где складывается с сигналом .

В цепи обратной связи по току предусмотрен преобразователь координат ПК1 вектора токов преобразователя, измеряемых датчиками тока A3 иA4 (третий ток вычисляется из условия равенства нулю суммы токов). В координатном преобразователе тока ПК2 осуществляется переход от проекций обобщённого вектора тока преобразователя на оси вращающейся системы координат. Сигналы о значении токов преобразователя Idп, Iqп поступают на сумматоры С3 и С4, на выходе которых получаем значение рассогласования между заданным компенсирующим током и реальным в цепи преобразователя. Регулирование осуществляется по двум проекциям на оси системы координат dq. На выходе регуляторов тока получаем значение напряжений статком (), обеспечивающих формирование требуемых компенсационных токов, в двухфазной системе координат.Впреобразователе координат ПКЗ осуществляется переход от двухфазной вращающейся () к трёхфазной системе координат (). На вход ШИМ-модулятора поступают трёхфазные изменяющиеся по синусоидальному закону с частотой сети модулирующие сигналы . На выходе ШИМ модулятора формируются коммутационные функции FпА, FпB, FпC и на основании их импульсы напряжения, подаваемые на ключи силового преобразователя.

Читайте также:  Индикаторной мощностью двигателя является

В теории автоматического управления для замкнутого контура с передаточной функцией известны различные критерии оптимизации с помощью настройки регулятора, последовательно включённого с объектом управления [5, 6]. Широкое применение для настройки регуляторов, управляющих различными преобразователями, в том числе автономными инверторами в электроприводе нашёл метод коррекции, называемый динамическим, или модульным оптимумом [5, 6].

Настройка регулятора САУ на модульный оптимум (МО) означает придание ей свойств фильтра Баттерворта, что существенно упрощает синтез САУ. В радиотехнике и связи фильтры Баттерворта используются потому, что их частотная характеристика близка к прямоугольной, что позволяет осуществлять избирательный прием сигналов от разных радиостанций. Чем выше порядок фильтра, тем лучше избирательность. Прямоугольность частотной характеристики для САУ не является важнейшим свойством. Для САУ важнее обеспечить требуемое время переходного процесса и минимизировать ошибки переходного и установившегося режимов. Фильтры Баттерворта первых порядков имеют неплохие в этом смысле характеристики, поэтому они и используются в качестве цели при синтезе САУ. Фильтр Баттерворта любого порядка устойчив. Это значит, что при настройке САУ на модульный оптимум отпадает необходимость проверки ее устойчивости.

Известно, что для настройки на технический оптимум передаточная функция всей замкнутой системы с одним контуром управления должна быть равна [5,6]:

(1)

где Tµ — постоянная времени такой части объекта управления, которая характеризуется малой инерционностью, обусловленной фильтрами датчиков и преобразователей сигналов, ШИМ-модулятором и т. д.

Рис. 2. Функциональная схема САУ статком

Из (1) можно получить передаточную функцию разомкнутой системы:

(2)

Передаточная функция статком из [4] при пренебрежении влиянием перекрёстных связей равна:

, (3)

где T постоянная времени статком со стороны цепи переменного тока.

.

Контур напряжения на нагрузке является внешним по отношению к контуру тока.

При настройке контура напряжения на модульный оптимум желаемая передаточная функция замкнутой системы будет иметь вид [5,6]:

(5)

где – характеристический полином оптимизированного замкнутого контура тока.

Передаточная функция разомкнутого контура регулирования напряжения в соответствии с [4] имеет вид:

(6)

Из формул (5) и (6) определяем тип и параметры регулятора напряжения:

(7)

Таким образом, для получения модульного оптимума в контуре регулирования напряжения требуется П-регулятор. Для получения астатического регулирования напряжения может быть использована настройка системы с помощью ПИ-регулятора, которая называется настройкой на симметричный оптимум. Этому названию соответствует симметричная относительно точки частоты среза ЛАЧХ оптимизированного разомкнутого контура. Передаточная функция разомкнутой системы при этом должна быть равна [4,5]:

(8)

(9)

Для переходных характеристик систем, настроенных на симметричный оптимум характерно значительное перерегулирование, что в ряде случаев может быть недопустимо. Значительное перерегулирование связано с наличием в числителе (9) форсирующего звена 1-го порядка. Для того чтобы компенсировать влияние этого звена необходимо использовать фильтр на входе системы по задающему воздействию [4,5]. Передаточная функция фильтра имеет вид:

(3.26)

Разработана система управления статком для режима симметрирования трёхфазной нагрузки по методу подчинённого регулирования координат с двумя контурами. Установлено, что настройку на динамический оптимум внутреннего контура обеспечивает ПИ-регулятор, а внешнего контура — П-регулятор, что не обеспечивает астатического регулирования внешнего контура. Разработанная система управления статического компенсатора реактивной мощности обеспечивает снижение токов обратной последовательности в сетях общего назначения.

1. Шидловский А. К., Федий В. С. Регулируемые источники реактивной мощности / А. К. Шидловкий, В. С. Федий // Электричество. — 2009. — № 1. С.15–20.

2. Кочкин В. И. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий / Кочкин В. И., О. П. Нечаев. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. — 248 с.

3. Кузьмин С. В., Марикин А. Н., Виноградов С. А. Применение преобразования Парка-Горева для управления статическим компенсатором реактивной мощности тяговой сети переменного тока //Вестник РГУПС. — 2013. — № 2. С. 47–54.

4. Шрейнер Р. Т., Ефимов А. А. Активный фильтр как новый элемент энергосберегающих систем электропривода / Р. Т. Шрейнер, А. А. Ефимов // Электричество.— 2000. — № 3. — С. 46–54.

5. Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы / Д. П. Ким. — М.: Физматлит, 2007. — 288 с.

6. Терехов В. М. Системы управления электроприводов /В. М. Терехов, О. И. Осипов. — М.: Академия, 2005. — 300 с.

Источник