СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ШЕСТИСТУПЕНЧАТЫМ КОМПЕНСАТОРОМ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Герман О. Ю., Волков А. В.,Майоров В. Е., Теплухов Д. Ю.
ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева»,

г. Саранск

E-mail: shefzt@rambler.ru

Аннотация: Разработка систему управления шестиступенчатым компенсатором реактивной мощности.

Ключевые слова: компенсация реактивной мощности, микропроцессорная система, энергоэффективность, коммутация ступеней.

Постановка задачи

В современном мире стоит проблема повышение 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 встречающейся случай цеховых сетей, работающих с различными устройствами преобразовательной аппаратуры, как например: электрические машины, выпрямители, инверторы, потребляющие значительную мощность из сети. Все выше указанные потребители при работе производят сброс части потребляемой энергии в сеть, что отрицательно сказывается на потребителях, ухудшая гармонический состав что снижает cosφ [1].

Существует три основных способа увеличения коэффициента мощности

- компенсация за счет перевозбужденной синхронной машины на холостом ходу

- за счет транзисторных корректоров коэффициента мощности

- индуктивно – емкостная компенсация коэффициента мощности

Выбор и решение поставленной задачи

Более подробно рассмотрим индуктивно-емкостной компенсатор реактивной мощности, который основан на выравнивании угла между тока и напряжения с помощью косинусных конденсаторов и индуктивностей, работающих в режиме фильтра высшей 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 надёжности динамических компенсаторов за счет возникновения лавинного тока при включении тиристоров в ступенях

- наличие большого числа фильтра высших гармоник и числа коммутирующих элементов.

Исходя из выше сказанного, был разработан патент RU №2210156 [2] и система микропроцессорного управления шестиступенчатым компенсатором реактивной мощности, в котором отсутствуют вышеперечисленные недостатки.

На рисунке 1 представлена схема силовой части шестиступенчатого компенсатора реактивной мощности, состоящего из трёх батарей конденсаторов различной ёмкости, элементов коммутации выполненных на не полностью управляемых вентилях T1-T6 и диодно- транзисторных коммутаторов выполненных на элементах VD1-VD12 и VT1-VT4, фильтры высших гармоник L1-L6.

Рисунок 1. Схема силовой части шестиступенчатого компенсатора реактивной мощности

Переключение первой ступени осуществляется за счет работы диодно-транзисторного коммутатора (VD1-VD6, VT1,VT2) в активный режим, что позволяет перевести схему в режим компенсации. Вторая ступень работает аналогичным образом, только производится коммутация элементов (VD7-VD12, VT3,VT4). Третья ступень основана на включении тиристоров T1-T6 в моменты перехода фазы через ноль. Оставшиеся три ступени являются комбинацией переключения первых трех [3].

Чтобы получить следующий алгоритм управления шести ступенчатого компенсатора реактивной мощности необходимо использовать разработанную микроконтроллерную систему управления. На рисунке 2 представлена структурная схема реализации микроконтроллерной системы управления. В данной системе использовался микроконтроллер Atmega128 фирмы Atmel. Основными элементами схемы являются датчики тока и напряжения, драйверы управления тиристорами и IGBT транзисторами, устройство ввода/вывода и устройство связи с ПК позволяющим задавать параметры компенсации на различную нагрузку.

Описанная структурная схема может работать в двух режимах, без помощи оператора и с помощью, через интерфейс RS232 на ПК, так же возможно осуществление удаленного доступа к системе компенсации реактивной мощности через интерфейс RS485.

Рисунок 2. Структурная схемы микроконтроллерной системы управления компенсации реактивной мощности.

Разработанная микроконтроллерная система управления отличается от существующих наличием ряда особенностей:

- низкая цена по сравнению с существующими аналогами;

- простота реализации системы управления;

- особенности управления силовой части, (мягкое включение ступеней).

Проведенные исследования показали возможность использования данной системы в различного рода сетях переменного тока, работающего на различные типы нагрузок, обладающего наилучшими параметрами по сравнению с существующими аналогами.

Вывод

На сегодняшний день подобные системы в РФ используются не повсеместно, а применяются в сетях с напряжением с выше 6кВ. Данная разработка позволяет решить проблему использования компенсаторов реактивной мощности, рассчитанные на низкое напряжение и большие токи. По сравнению с существующими аналогами, выпускаемыми на ближнем и дальнем зарубежье, данный комплекс отличается рядом технических решений, как в области силовой электроники, так и в области микропроцессорных систем управления.

Внедрение таких систем в дальнейшем существенного увеличит экономическую эффективность и улучшит параметры питающих сетей, что повысит время наработки питаемого оборудования и его надежность.

Список использованной литературы.

1. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии-М.: Энергоатомиздат, 1985.-224 с.

2. Игольников Ю. С. Система компенсации реактивной мощности. Патент RU №2210156: Опубликовано 15.02.2007г

3. Игольников Ю.С., Герман О.Ю. Шестиступенчатый компенсатор реактивной мощности с микропроцессорной системой управления. Журнал «Промышленная энергетика» №1 2013г.