Аннотация
Рассмотрена проблема нестабильного напряжения у трёхфазных потребителей электроэнергии при их питании от трансформаторных подстанций, включая комплектные трансформаторные подстанции напряжением 10/0,4 кВ. Выполнен сравнительный анализ существующих устройств регулирования и стабилизации трёхфазного напряжения. Выявлены их основные недостатки. Предложен вариант силовой схемы трёхфазного стабилизатора напряжения без входного преобразовательного трансформатора и его подключение в рассечку вторичной обмотки главного трансформатора подстанции, что позволяет минимизировать его массогабаритные параметры. Стабилизатор представляет собой маломощный блочно-модульный тиристорно-транзисторный канал, содержащий звено повышенной частоты, обеспечивающий формирование и регулирование напряжения вольтодобавки для нагрузки совместно с напряжением главного трансформатора подстанции. В качестве звена повышенной частоты применён понижающий трансформатор, работающий на частоте 450 Гц. В работе представлено краткое описание схемы и принципа действия предлагаемого стабилизатора трёхфазного напряжения, а также способов его управления. Выполнено построение регулировочных характеристик и проведен гармонический анализ напряжения на нагрузке при этих способах управления. Получены аналитические соотношения для действующего напряжения на нагрузке в процессе стабилизации, его первой гармоники и среднего значения, соответственно при амплитудном регулировании реверсивным выпрямителем и широтно-импульсном регулировании инвертором напряжения. Выполнено имитационное моделирование работы устройства в различных режимах работы, а именно при пониженном напряжении в сети и на нагрузке и при повышенном напряжении в сети и на нагрузке. Представлены некоторые результаты имитационного моделирования в программной среде Matlab/Simulink. Сделаны выводы по работе.
Ключевые слова
Стабилизатор, звено повышенной частоты, комплектная трансформаторная подстанция, реверсивный выпрямитель, инвертор напряжения, непосредственный преобразователь частоты, главный трансформатор подстанции, амплитудный способ управления, широтно-импульсный способ управления, качество напряжения, потребители электроэнергии, имитационное моделирование, MATLAB/Simulink.
1. ГОСТ Р 58408-2019. Сети электрические собственных нужд и оперативного тока железнодорожных тяговых подстанций, трансформаторных подстанций и линейных устройств системы тягового электроснабжения. Технические требования, правила проектирования, методы электрических расчетов. Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 16 мая 2019 г. №194-ст. М.: Стандартинформ, 2019. 64 с.
2. СТО 70238424.29.240.10.009-2011. Распределительные электрические сети. Подстанции 6-20/0,4 кВ. Условия создания. Нормы и требования. Утвержден и введен в действие приказом НП «ИНВЭЛ» от 02.06.2011 № 54. М.: Некоммерческое Партнерство «Инновации в электроэнергетике», 2011. 23 c.
3. СТО 34.01-3.2-010-2017. Устройства регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой (РПН). Общие требования. Утвержден и введен в действие распоряжением ПАО «Россети» от 28.02.2017. М.: ПАО «Россети», 2017. 22 с.
4. Haibin Zhou1, Xiaojiang Yan, and Guanwei Liu. A review on voltage control using on-load voltage transformer for the power grid. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, Sci. 252 032144, рр. 1-10 (doi:10.1088/1755-1315/252/3/032144).
5. СТО 56947007-29.240.30.010-2008. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. Типовые решения. М.: Изд-во НЦ ЭНАС. 2007. 131 с.
6. Controlling power system parameters through reactive power (VAr) compensation. [Electronic resource]. Access mode: https://electrical-engineering-portal.com/reactive-power-var-compensation, free. – (date of request: 24.03.2020).
7. Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы: учеб. пособие. 3-е изд. СПб.: Центр подготовки кадров энергетики, 2005. 199 с.
8. Стабилизаторы напряжения. Руководство по эксплуатации СТС-5 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://td-elmash.ru/produkciya/stabilizatoryi-napryazheniya, свободный (дата обращения: 24.03.2020).
9. Зинин Ю., Смирнов Ю., Яковлев В. Разработка программируемого блока управления мощными трёхфазными стабилизаторами напряжения типа СТС // Силовая электроника. 2013. №1. С. 78-83.
10. Киреева Э.А. Новая серия промышленных трехфазных стабилизаторов напряжения СТС-5 // Промышленная энергетика. 2009. №12. С. 51-52.
11. Digital voltage stabilisers (DVS) Ortea (Odyssey). [Electronic resource]. Access mode: https://www.ortea.it/en/categorie_prodotti/digital-voltage-stabilisers/, free. (date of request: 24.03.2020).
12. Пат. 2071633 Российская Федерация, МПК МПК Н 02 М 5/45, G 05 F 1/30. Стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции со звеном повышенной частоты / Климаш В.С., Андриенко П.Д.; заявитель «Комсомольский-на-Амуре политехнический институт». № 93 93039673; заявл. 02.08.93; опубл. 10.01.97.
13. Климаш В.С., Константинов А.М. Математическое моделирование трёхфазного компенсатора отклонений напряжения и реактивной мощности с однофазным звеном повышенной частоты // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2008. №1. С. 20-23.
14. Климаш В.С. Вольтодобавочные устройства для компенсации отклонений напряжения и реактивной энергии с амплитудным, импульсным и фазовым регулированием: монография. Владивосток: Дальнаука, 2002. C. 58-59.
15. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения: принят Межгосударственным советом по стандартизации, методологии и сертификации (протоколом №55-П от 25 марта 2013 г.). М.: Стандартинформ, 2014. 16 с.