Ягуп К. В. Подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – Електротранспорт. Українська державна академія залізничного транспорту, Харків, 2007.
Дисертаційна робота присвячена покращенню електромагнітної сумісності живильної мережі із випрямляючою установкою тягової підстанції шляхом поліп-шення гармонійного складу вхідних струмів. В реальних умовах живильна мережа працює в несиметричних режимах, що призводить до появи неканонічних гармонік у фазах мережі. В роботі вперше розглядається можливість подавлення заданих неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції із використанням воль-тододатної установки, що підключається послідовно із тяговим випрямлячем.
Подавлення неканонічних гармонік здійснюється регулюванням параметрів компенсуючого діяння на систему керування вольтододатного перетворювача. Параметрами компенсуючого діяння можуть бути амплітуда і фаза гармонійного сигналу або тривалості приростів кутів керування тиристорами. Для оптимізації параметрів керуючого діяння доцільно використовувати симплекс метод Нелдера-Міда.
В роботі вперше одержано імпульсну модель „тиристорний випрямляч – мережа”, що дає можливість дослідити динамічні процеси в замкнутій структурі. Було показано доцільність та ефективність застосування замкнутої структури для подавлення неканонічних гармонік.
В дисертаційній роботі розроблено комп’ютерну модель, що реалізує за-мкнуту структуру подавлення неканонічних гармонік і перевіряє адекватність ос-новних теоретичних висновків викладених у дисертаційній роботі. Проведені комп’ютерні експерименти підтвердили високу ефективність подавлення заданих неканонічних гармонік та показали покращення коефіцієнту спотворення.
В дисертаційній роботі на підставі теоретичних та експериментальних дослі-джень вирішується науково-технічна задача поліпшення електромагнітної сумісності постійного струму із живильною мережею. Підвищення електро-магнітної сумісності досягається покрашенням гармонійного складу вхідних струмів випрямляючої установки, а саме, подавленням неканонічних гармонік, що виникають під дією несиметрії живильної мережі.
По результатам досліджень можна зробити наступні висновки:
Приведений огляд основних методів поліпшення електромагнітної сумісності випрямляючої установки тягової підстанції із живильною мережею показує, що подавлення неканонічних гармонік живильної мережі дозволяє практично повністю реалізувати переваги багатопульсних випрямляючих схем тягових підстанцій постійного струму.
Одержано аналітичні залежності коефіцієнтів потужності, спотворення та зсуву від кута керування вольтододатним перетворювачем. Показано, що введення у склад випрямляючої установки тягової підстанції вольтододатного перетворювача поліпшує гармонійний склад вхідного струму за рахунок часткової компенсації гармонік k=5, 7, 17, 19, ... та підвищує коефіцієнт потужності. Показа-но, що застосування комплексної площини дозволяє розкрити механізм генерації випрямляючою установкою тягової підстанції гармонік струму у живильну мережу.
Одержано аналітичні вирази, що визначають залежність фазних та лінійних напруг несиметричної живильної мережі від коефіцієнта несиметрії та фази зворотної послідовності. Показано, що під дією несиметрії живильної мережі гармонійний склад вхідного струму випрямляючої установки доповнюється неканонічними гармоніками. Амплітуди цих гармонік залежать від величини коефіцієнта несиметрії і струму навантаження випрямляючої установки. Одержані аналітичні вирази із застосуванням комплексної площини дозволяють наглядно оцінити величини неканонічних гармонік по заданим значенням несиметрії.
Дано обґрунтування застосуванню гармонійного діяння для компенсації неканонічних гармонік, показано, що частоти, збуджуваних у вхідному струмі гармонік залежать від частоти вхідного гармонійного діяння. Зміна амплітуди і фази вхідного гармонійного діяння викликає перерозподіл амплітуд гармонік випрямляючої установки з одночасною зміною їх фазових зсувів по фазам живильної мережі.
Показано, що для малих значень приростів керуючого діяння тиристорний випрямляч представляє собою по відношенню до проростів вхідних струмів амплітудно-імпульсний модулятор з коефіцієнтом, що залежить від виду опорного сигналу.
Одержана імпульсна модель „тиристорний випрямляч – мережа” дозволяє дослідити динамічні процеси в замкнутій структурі. Показано, що при аналізі замкнутої структури подавлення неканонічних гармонік вхідного струму необхідно враховувати дискретність випрямляючої установки.
Дано обґрунтування застосуванню запропонованої структури замкнутих систем подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів випрямляючої установки.
Проведено оптимізацію параметрів керування вольтододатною установкою для досягнення мінімального сумарного значення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції. Показано, що розроблені екстремальні системи регулювання дозволяють ефективно подавляти неканонічні гармоніки.
Розроблено комп’ютерні моделі, що підтверджують достовірність теоретичних положень щодо ефективності подавлення неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції постійного струму у замкнутій структурі. Проведені експерименти показали, що сумарна величина неканонічних гармонік може зменшуватися у 28 разів при вхідному гармонійному діянні, у 110 разів при варіюванні тривалостей приростів кутів керування і у 25 разів при застосуванні комбінованого критерію.
Запропоновані системи подавлення неканонічних гармонік рекомендується застосовувати при розробці та модернізації випрямляючих установок тягових підстанцій постійного струму. Результати дисертаційної роботи впроваджено в Управлінні електрифікації та енергозабезпечення Укрзалізниці, в НДІ ПО „ХЕМЗ”, на МК „Енергозбереження”, теоретичні положення використовуються в УкрДАЗТ при викладанні курсів „Електромагнітна сумісність”, „Інформаційні технології”, „Основи моделювання електромеханічних систем”, „Методи розрахунків перетворювальних пристроїв” та дипломному проектуванні студентів спеціальності „Електричний транспорт”, що підтверджено відповідними актами впровадження.
Публікації автора:
Щербак Я. В., Ягуп Е. В. Компьютерная модель для исследования сетевого тока тяговой подстанции. // Наукові праці ДонНТУ. Електротехніка і енергетика. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – Вип. 79. – С . 213 – 316.
Здобувачем розроблено математичну модель для дослідження мережного струму тягової підстанції.
Щербак Я. В., Ягуп Е. В. Компьютерный анализ квазиустановившихся режимов в повышающем преобразователе постоянного напряжения. //Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – Харків: УкрДАЗТ, 2004. – №4, 5. – С. 50 – 53.
Здобувачем проведено аналіз електромагнітних процесів в перетворювачі постійної напруги.
Сендерович Г. А., Ягуп В. Г., Ягуп Е. В. Математическая модель для исследования несимметричных режимов в трехфазной сети. // Вісник Національного технічного університету „Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ „ХПІ”. – 2005. – №57. – С. 86 – 93.
Здобувачем розроблено математичну модель для дослідження електромагні-тних процесів в трьохфазній мережі при наявності несиметрії.
Ягуп Е. В. Моделювання електромагнітних процесів випрямляча тягової підстанції засобами MATLAB. //Вісник Харківського державного національного університету сільського господарства „Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України”. – Харків: ХНТУСГ. – 2005. – Вип. 37, Т 1. – С. 86 - 91.
Щербак Я. В., Ягуп Е. В. Подавление гармоник входного тока управляемого выпрямителя в замкнутой структуре. // Технічна електродинаміка. Силова електроніка та енергоефективність. – 2006. – Ч. 4. – С. 61 – 64.
Здобувачем запропоновано метод покращення гармонійного складу вхідних струмів випрямляча тягової підстанції у замкнутій структурі, а також розроблено відповідну математичну модель.
Ягуп Е. В., Щербак Я. В. Подавление высших гармоник первичных токов выпрямителя методом поканальной коррекции управляющих импульсов. // Електромашинобудування та електрообладнання. Проблеми автоматизованого електропривода. – Одеса: Техніка. – 2006. – Вип. 66. – С. 298 – 301.
Здобувачем рекомендовано засіб зменшення рівня гармонік шляхом варіювання комбінації тривалостей приростів кутів керування, а також розроблено відповідну компь'ютерну модель.
Ягуп К. В. Алгоритм формування топологічної матриці для моделі перетворювача тягової підстанції. // Інформаційно-керуючі системи на заліз-ничному транспорті. – Харків: УкрДАЗТ, 2006. – № 1. – С. 36 – 42.
Ягуп Е. В. Подавление высших гармоник сетевых токов выпрямителя с использованием комбинированного критерия при поисковой оптимизации // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2006. – №5/2. – С. 141 – 143.
Ягуп Е. В. Подавлення неканонічних гармонік мережних струмів тягового випрямляча за допомогою резонансних фільтрів.// Технічна електродинаміка. Проблеми сучасної електротехніки. – 2006. – Ч. 5. – С. 91 – 93.
Щербак Я. В. , Ягуп Е. В. Подавление гармоник сетевых токов тяговой подстанции с помощью вольтодобавочного управляемого выпрямителя. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2006. – №6. – С. 78 – 80.
Здобувачем розроблено модель для дослідження електромагнітних процесів для тягового випрямляча, у склад якого введено вольтододатну установку, а також запропоновано систему керування окремими каналами вольтододатної установки.
Щербак Я. В., Ягуп Е. В. Исследование коэффициента мощности выпрямителя при подавлении неканонических гармоник сетевого тока. // Світлотехніка та електроенергетика. – 2007. – №1. – С. 97 – 100.
Здобувачем встановлено аналітичні вирази для знаходження коефіцієнта потужності, зсуву та спотворення для випрямлячів із вольтододатною установкою та побудовано залежності цих показників від кута керування вольтододатним випрямлячем.
Щербак Я. В., Ягуп К. В. Визначення лінійних та фазних напруг трифазної мережі за допомогою коефіцієнта несиметрії. // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – Харків: УкрДАЗТ, 2007. – №1. – С. 57 – 61.
Здобувачем запропоновано методику отримання системи рівнянь для визначення фазних напруг через коефіцієнт несиметрії та фази зворотної послідовності, а також розроблено комп’ютерні програми для їх розв’язку.
Щербак Я. В., Ягуп Е. В., Панченко В. В. Динамические свойства системы «тиристорный выпрямитель – сеть». // Технічна електродинаміка. Силова електроніка та енергоефективність. – 2007. – Ч. 4. – С. 97 – 100.
Здобувачем досліджено імпульсну модель системи „тиристорний випрямляч – мережа”.
Ягуп Е. В. Коэффициент мощности тягового выпрямителя с вольтодобавочным выпрямителем. // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – Кременчук: КДПУ, 2007. – Вип. 4/2007 (45), ч. 2. – С. 42 – 44.
Щербак Я. В., Ягуп Е. В. Улучшение электромагнитной совместимости тяговой подстанции постоянного тока.// Тезисы I международной научно-практической конференции «Электромагнитная совместимость на железнодорожном транспорте», 24 –26 травня 2007 р. – Дніпропетровськ, 2007. – Т. 1. – С. 51 – 52.
Здобувачем запропоновано спосіб поліпшення гармонійного складу вхідних струмів тягової підстанції за допомогою спеціальної замкнутої структури автоматичного регулювання.
