Спосіб імпульсного регулювання змінної напруги з амплітудно-імпульсною модуляцією та широтно-імпульсним регулюванням величини

Спосіб імпульсного регулювання змінної напруги з амплітудно-імпульсною модуляцією та ши 3 16724 втрат напруги у системі електропостачання з метою підтримування заданої якості напруги на затискачах електроприймачів. У загальному вигляді напруга у споживачів: U UУП E Pr (Q QКУ )( xL Uном XC ) де Е - добавка напруги, утворювана пристроями регулювання; P, Q - активна та реактивна потужності споживання; QКУ - реактивна потужність компенсуючих пристроїв; (хL-xC) - реактивний опір мережі. Діапазон відхилень напруги: d U'ЕП U' 'ЕП U'ГПП U' 'ГПП ( U'ГПП ЕП U' 'ГПП ЕП ) E' E' ' де UЕП - відхилення напруги на зажимах електроприймача. UГПП - відхилення на шинах 6...10кВ ГПП. UГПП…ЕП - втрати напруги в системі електропостачання від ГПП до зажимів електроприймача. E - сума добавок напруги, які створюють всі засоби регулювання напруги. Розрахунок режиму напруг необхідно виконувати для максимального та мінімального навантаження по добовому графіку. Для забезпечення заданого режиму напруги можна використовувати такі методи, як видно з рівняння: U'ГПП U' 'ГПП - регулювання напруги на шинах ГПП. U'ГПП...ЕП U' 'ГПП...ЕП - зменшення втрат напруги електропостачання. E' E' ' - застосування локальних регуляторів напруги. При регулюванні напруги на шинах ГПП режим напруги змінюється по всій системі електропостачання. Цей метод називається централізованим регулюванням. Зменшення втрат напруги. Метод ефективний, але вимагає великих інвестицій, оскільки для його реалізації необхідно: - збільшити переріз провідника; - прокласти ще одну лінію. Застосування локальних регуляторів. Цей метод дуже ефективний і рекомендується для широкого впровадження. Відхилення напруги по діючому в Україні ГОСТ 1310997 допускаються 5%Uном. Будемо при розрахунку режиму напруги розглядати тільки 2 точки в системі електропостачання. А - це найближчий електроприймач, В - найбільш віддалений електроприймач. Для точки А в режимі максимуму: U' A U В режимі мінімуму (+5%Uном) U' ' A U По верхньому допустимому значенню +5% перевіряється тільки найближча точка в системі електропостачання. 4 По нижньому допустимому значенню -5% перевіряється тільки найбільш віддалена точка В точка, в якій втрати напруги найбільші. Централізоване регулювання дає позитивні результати тільки в тому випадку, коли всі приймачі однорідні, однак якщо електроприймачі не однорідні, регулювання ведеться по групі більшої потужності. Для інших електроприймачів необхідно використовувати локальні регулятори. Трансформатори з РПН є ефективним засобом регулювання напруги. Проте блок РПН дуже дорогий і трансформатори малої потужності виготовляються з перемиканням регульованих відгалужень без збудження (ПБЗ). У зв’язку з цим на ЦП встановлюють трансформатори з РПН, що забезпечують централізоване регулювання, яке може бути достатнім засобом регулювання напруги, якщо споживачі відгалужених ліній однорідні за графіком навантажень, за величиною втрат напруги і якщо ці втрати не перевищують певних значень. Проте централізоване регулювання не може повною мірою розв’язати задачу живлення усіх споживачів електроенергії напругою високої якості, бо графіки навантажень окремих споживачів відрізняються часто від сумарного графіка навантаження розподільних ліній. Крім того, до якості напруги на затискачах деяких приймачів ставляться жорсткіші вимоги за величиною відхилення напруги. У зв’язку з безперервним зростанням навантажень змінюються втрати напруги у мережах ВН і будь-який з трансформаторів, установлених в ТП, може опинитися в несприятливих умовах. Через те що на ТП застосовуються трансформатори з ПБЗ, режим напруги на шинах 0,4кВ суттєво залежить від добавки напруги в центрі живлення. У зв’язку з цим, при підімкненні до ГПП лінії, що живить різнорідні споживачі, для забезпечення належної якості напруги в електроприймачів, графіки навантаження яких відрізняються від графіка основної групи споживачів, необхідно використовувати засоби місцевого регулювання напруги. У процесі експлуатації слід найповніше і найекономічніше використовувати наявні засоби регулювання - конденсаторні установки (КУ). Можливості КУ в області регулювання напруги дуже обмежені і різко залежать від параметрів мережі та навантажень. І все-таки на сьогодні КУ є практично єдиним місцевим регулятором напруги у багатьох пунктах мережі. Тим більше, що використання їх для цілей регулювання напруги не потребує додаткових капітальних затрат, оскільки конденсаторні батареї встановлені для підвищення коефіцієнта потужності. Проте найперспективнішим є метод регулювання шляхом дії на напругу і на реактивну потужність. При цьому пристрої керування регулятором напруги та КУ мають бути взаємозв’язані чи навіть змонтовані в одному блоці. Необхідність застосування регулювальних пристроїв у мережі визначається виходячи з одержання максимально можливих передбачуваних втрат напруги у високо- та низьковольтній мережах при допустимих відхиленнях напруги на затискачах приймачів. 5 Питання про оптимальні рівні напруги неможливо розв’язати без примусової зміни напруги в процесі експлуатації, тобто регулювання його. Введення у мережу додаткової добавки напруги з допомогою регулятора напруги дозволяє знизити вартість мережі за рахунок зменшення перерізу проводів. Необхідно шукати методи та пристрої з малим, допустимим для електричних мереж ступенем спотворення синусоїди вищими гармоніками. При цьому необхідно враховувати стандарт на якість напруги, що регламентує несинусоїдальність в мережах та на зажимах електроприймачів. Технічна суть запропонованого способу пояснюється кресленнями, на яких зображено: Фіг.1а - крива напруги, що являє собою суму двох кривих: синусоїди напруги мережі та послідовності імпульсів, висота яких змінюється по синусоїдальному закону, а ширина - по лінійному. Фіг.1б - послідовність імпульсів, яку можна розглядати як один із видів амплітудне - імпульсної модуляції (AIM) із змінною шириною імпульсів та стабільною амплітудою модулюючої напруги. Тут Uвх - напруга на вході регулятора, що працює із застосуванням запропонованого способу; Uвих - напруга на виході; 1, 2...S - номер імпульсу; - ширина імпульсу; s ' , s ' ' - кути переднього та заднього фронтів імпульсу. Напруга по способу являє собою суму двох кривих: синусоїди напруги мережі та послідовності імпульсів, висота яких змінюється по синусоїдальному закону, а ширина - по лінійному. У відповідності із загальноприйнятою класифікацією дану напругу можна розглядати як один із видів амплітудне-імпульсної модуляції (AIM) із змінною шириною імпульсів та стабільною амплітудою модулюючої напруги. До основних параметрів, що характеризують даний вид AIM, відносять коефіцієнт послідовності імпульсів m, що дорівнює числу імпульсів в одному періоді напруги модуляції, частота якої дорівнює частоті мережі f m н, f де fн - несуча або модульована частота. Миттєве значення цієї напруги uВДО Uвх 2D sin t де D - діапазон регулювання пристрою, - кутова частота. Ефект регулювання напруги Uвих досягається синхронною зміною ширини всіх імпульсів, однакової для кожного з них в будь-який момент часу. В трьох граничних режимах, коли добавка напруги Е= Emax або дорівнює нулю, регулятор працює без спотворення напруги Uвих. Ефект регулювання напруги Uвих досягається синхронною зміною ширини всіх імпульсів, однакової для кожного з них в будь-який момент часу: а) одностороннє шляхом зміщення задніх 16724 6 фронтів б) двостороннє шляхом одночасного зміщення передніх та задніх фронтів в) одностороннє при зміщенні тільки передніх фронтів Використання напруги з AIM призводить до спотворення форми напруги Uвих. Ступінь спотворення можна визначити кількома способами. Основним критерієм оцінки несинусоїдальності напруги є гармонічний склад напруги. Одним із важливих параметрів AIM є скважність t t Q' i n ; ti де tі - тривалість імпульсу, tn - тривалість паузи між імпульсами. Скважність для напруги добавки може змінюватися в межах 1 Q' що викликає труднощі при дослідженні AIM. Тому як параметр, що характеризує регулювальну властивість імпульсного регулятора, прийнято ступінь регулювання - величина, що зворотна скважності 1 . Q' Враховуючи, що характеризує тривалість імпульсів, ступінь регулювання m . 2 Вибір значення несучої частоти fn можна виконати, встановивши зв’язок між коефіцієнтом послідовності імпульсів та несинусоїдальністю напруги на виході. Вищі гармоніки спектру розміщуються у вигляді сплесків окремих гармонічних, біля яких знаходяться гармоніки меншої інтенсивності. Затухання амплітуд сплесків вищих гармонік відбувається по закону, близькому до експоненціального. Амплітуда першого сплеску з ростом fn розміщується в сторону збільшення номера гармонік, не змінюючись при цьому по величині. Частота гармонік першого сплеску f f (m 1) . В процесі роботи регулятора несуча частота та частота мережі можуть змінюватися в сторону підвищення чи пониження. Величина цих змін та час їх з’явлення є випадковими величинами. Під час таких відхилень частот розміщення імпульсів напруги з AIM відносно синусоїди напруги мережі може змінюватись. Більш того, послідовність імпульсів може постійно «плавати» відносно синусоїди мережі зі швидкістю, що залежить від ковзання частот. Оскільки амплітуди імпульсів промодульовані по синусоїді, а тривалість імпульсів та пауз між ними залишаються без змін, ні величина напруги добавки, ні фаза цієї напруги не змінюються при зміщенні імпульсів, оскільки таке зміщення не впливає на ступінь регулювання . Вказана властивість AIM дозволяє застосувати більш дешеву та просту схему керування регулятором напруги. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 16724 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601