Моделирование многофункционального устройства обеспечения качества электрической энергии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.316

С JO. Долингер, S. 7. Dolinger, email: [email protected] А.Г. Лютаревич, A. G. Lyutarevich, e-mail: [email protected] Н.Ю. Чепурко, N. Y. Chepurko, e-mail: chepurkoNY@, gmail.com Омский государственный технический университет, т. Омск. Россия Omsk State Technical University, Omsk. Russia

МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ОБЕС ПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

MODELING MULTIFUNCTIONAL DEVICES ENSURING THE POWER QUALITY

В статье рассмотрены вопросы моделирования многофункционального устройств обеспечения качества электроэнергии в распределительных сетях. Разработана модель системы электроснабжения с нелинейной н несимметричной нагрузкой, а также модель многофункционального устройства обеспечения качества электроэнергии и его системы управления. Проведена оценка качества электроэнергии до и после включения технического средства.

Tills article deals with simulation multifunctional devices of a power quality ш distribution networks. The model of the power system with nonlinear and asymmetrical load and the model of the multifunctional power quality device and management systems were developed Additionally, power quality was assessed before and after switching on the appliance

Ключевые слова: качество электроэнергии, моделирование технических средств повышения качества электроэнерги и

Keywords: power quality, modeling devices ensuring the power quality

Проверка ii анализ режимов работы устройств обеспечения качества электроэнергии экспериментальным путем представляет собой достаточно трудоёмкую и дорогостоящую задачу, которая возникает на этапе проектирования подобных сложных схем, Существенную помощь в решении данного вопроса может оказать замена реального устройства его компью-

261

терний моделью. Программный комплекс MATLAB является мощной средой для проведения математических вычислений и моделирования различных технических устройств [1. 2].

Вопросы эффективности использования различных технических средств обеспечения качества электроэнергии в системах электроснабжения рассмотрены в различных работах [3— б]. При этом болвшое внимание уделяется непосредственно системам управления [7-9]. именно в этом направлении идет совершенствование многофункциональных средств обеспечения качества электрической энергии.

На рис, 1 представлена модель трехфазной системы с нелинейной и несимметричной нагрузкой, к которой подключено устройство обеспечения качества электроэнергии, реализованная в приложении Simulink программного комплекса MATLAB.

Для моделирования трёхфазной сети в среде MATLAB используем из базы данных SimPowerSysteins блок AC Voltage Source и блок Series RLC Branch. С помощью данных блоков мы задаём напряжение и индуктивное сопротивление питающей сети.

Для оценки эффективности работы устройства рассмотрим все возможные изменения в узле нагрузки. В данной модели реализована изменяющаяся во времени несимметричная и нелинейная активно-индуктивная нагрузка, что позволяет более точно оценить качество фильтрации кривой тока нагрузки.

В качестве нагрузки представлены два блока, один из которых моделирует нелинейную нагрузку (Noil-Linear Load), а другой несимметричную активно-индуктивную нагрузку (Asymmetrical Load).

■ ■■■■ -

íl

1

■-^iV-W1- ■

и ииашд

Рис. 1. Модель трёхфазной системы с нелинейкой и несимметричной нагрузкой в среде MATLAB

Нелинейная нагрузка (Noil-Lineal' Load) состоит из двух трёхфазных диодных выпрямителей. подключённых через трансформаторы с различным соединением обмоток, для создания режима работы 6-пульсного нлн 12-пульсното преобразователей Коэффициент трансформации равен 1.

Для моделирования трёхфазного мостового диодного выпрямителя в среде MATLAB используем нз базы данных S imP о we г Systems\Po wer Electronics блок Universal Bridge, В модели данный блок используется для моделирования несинусоидальности системы. Блок (Asymmetrical Load) необходим для создания активно-индуктивной несимметричной нагрузки в системе электроснабжения.

Модель компенсирующего устройства состоит из восьми блоков ЮВТ-транзнсторов. катушек индуктивностей. двух конденсаторов на стороне постоянного тока и системы

управления, Компенсирующее устройство использует блок «Соя1гоЬ» для модуляции управляющего сигнала силовой частью. Благодаря коммутации силовых ключей по заданному алгоритму компенсирующее устройство генерирует сигнал ошибки в сеть с небольшой задержкой во времени, тем самым, обеспечивая близкую к идеальной форме синусоиды тока нагрузки, и. как следствие, обеспечивает требуемое качество электрической энергии.

Система управления включает в себя два блока: Тгапж£_Р-1 и Б-ш.ос1. На рис. 2 представлен алгоритм, реализованный в работе системы управления компенсирующего устройст-

Для проверка эффективности работы полученной модели устройства обеспечения качества электроэнергии и его системы управления смоделируем различные режимы нагрузки, а также оценим качество фильтрации кривой тока. Режим с изменяющейся во времени несимметричной нагрузкой - в данном режиме нагрузка изменяется во времени и на второй ступени, после изменения, является несимметричной. Компенсирующее устройство в данном режиме не только компенсирует несинусоидальность кривой тока, но и устраняет несимметричный режим. График изменения тока нагрузки представлен на рис.

Рнс 2. Алгоритм работы системы управления устройства

До включения компенсирующего устройства коэффициенты искажения синусоидальности кривой тока были равны и соответственно, до изменения нагрузки и после, Коэффици-

ент неснмметрни тока по нулевой последовательности в режиме несимметричной нагрузки равен 11,46%.

На рис, 4 представлен график изменения тока нагрузки после включения компенсирующего устройства.

Качество компенсации высших гармоник в режиме с изменяющейся во времени несимметричной нагрузкой можно оценить по коэффициентам искажения синусоидальности кривой тока, которые после включения устройства равны и соответственно до н после изменения несимметричной нагрузки. Коэффициент неснмметрни тока по нулевой последовательности в режиме несимметричной нагрузки стремится к 0%,

В целом проведённый анализ работы модели трёхфазного четырехпроводного компенсирующего устройства демонстрирует корректность и эффективность его работы во всех смоделированных режимах. Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока после включения компенсирующего устройства снижается в среднем до уровня 1%. а несимметрия тока нагрузки компенсируется полностью, что говорит об эффективности разработанной системы управления,

Библиографический список

1, Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в МаЙаЬ, ЗкпРолуетБунгешк и 5шш1шк И, В. Черных. - М, : ДМК. 2011. - 288 с.

2, Вопросы моделирования устройств обеспечения качества электрической энергии А.Г, Лютаревнч [и др.] Омский научный вестник. - 2013. — № 1 (117). - С. 168-173.

3, Лютаревнч А.Г. Определение управляющего воздействия активного фильтра гармоник А. Г. Лютаревич. В.Н, Горюнов. Д.С. Осипов Электро. Электротехника, электроэнергетика. электротехническая промышленность — 2009. - № 6. — С. 20—24.

4, Лютаревич А.Г. Оценка эффективности использования активного фильтра гармоник в системах электроснабжения для улучшения качества электроэнергии А. Г. Лютаревич. С, Ю, Долингер Омский научный вестник, - 2010. - № 1 (87). — С, 133-136,

5, Куско. А. Качество энергии в электрических сетях А, Куско. М, Томпсон: пер, с англ, Рободзея А, Н, - М.: Додэка-ХХ1. 2008, - 336 с,

6, Лютаревнч А,Г, Применение вейвлет-анализа для определения показателей качества электрической энергии А, Г, Лютаревич. С, Ю. Долингер Омский научный вестник. -2010.-№ 1 (87).-С, 136-140.