Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология передач и вставок постоянного тока. Ч.1. Общие принципы технологии передач и вставок постоянного тока. Учебное пособие
.pdf
бо длительностью нахождения вентилей в открытом состоянии, либо, в
I
случае применения ШИМ, частотой модулирующего сигнала. В свою
очередь, регулирование реактивной мощности достигается за счет изменения амплитуды напряжения на выводах преобразователя по отношению к напряжению сети.
Полная передаваемая мощность ВПТ определяется по выражению
2
UU UU U
⋅⋅
SPjQ j
=+ = δ+ δ−
C СПН C СПН C
XXX
CB CB CB
sin( ) cos( ) ,
(10)
где δ – фазовый угол между напряжениями СПН (U
) и напряжением
СПН
на шинах системы (UC); XCB – сопротивление связи между шинами системы и СПН, с учетом того что RCB 0.
В соответствии с выражением (1) и приведёнными на рис. 2.8 векторными диаграммами напряжений и токов принцип регулирования активной и реактивной мощности ВПТ заключается в формировании требуемого по амплитуде и по фазе выходного трехфазного напряжения
СПН, что обеспечивается благодаря использованию быстродействующих
полностью управляемых силовых полупроводниковых ключей и организации
широтно-импульсной модуляции (ШИМ) выходного переменного
напряжения СПН с частотой коммутации в диапазоне 1…2 кГц.
jX⋅
()
ω
CB
IjX
⋅
()
ω
CB
ω
IjX
⋅
IjX⋅
()
CB
ω
()
CB
а б в г
Рис. 2.8. Режимы работы СПН ВПТ по активной и реактивной мощности:
а) генерация активной мощности; б) потребление активной мощности;
в) генерация реактивной мощности; г) потребление реактивной мощности.
I – ток, проходящий по XCB между шинами системы и СПН; ω – угловая частота
Благодаря возможности независимого управления активной и реактивной мощности, СПН ВПТ может работать во всех 4 квадрантах диаграммы мощности, в том числе в режиме управляемого компенсатора
при отсутствии передачи активной мощности (рис. 2.6) [27, 34].
81
Границы диаграммы ограничены номинальными значениями тока и
напряжения на стороне ЦПТ. Ограничения по передаче активной мощности в инверторном режиме работы СПН (Р
) обуславливаются пропуск-
ГР
ной способностью соединительного кабеля/провода, которая зависит от
его термической стойкости. Ограничения по генерации реактивной мощности (QГР) характеризуются величиной ёмкости КБ ЦПТ.
Рис. 2.9. Диаграмма мощности СПН ВПТ
Современные системы автоматического управления (САУ) ВПТ, реализующие алгоритмы векторного регулирования, предусматривают преобразо-
вание мгновенных значений напряжений и токов ABC α, β, 0
d, q, 0
(выражения (11)–(17), рис 2.10) и расчет управляющих воздействий
САУ по значениям амплитуды u
трехфазной системы (U
) на оси d и q вращающейся с синхронной ча-
ABC
, uq (проекции изображающего вектора
d
стотой сети (ω) двухфазной dq системы координат) и угла θ (угол между
осью d и напряжением фазы А), а также проекций id, iq и мгновенных
значений мощности s(t), q(t), p(t). Использование i
и u0 в алгоритмах
0
управления и в общем случае другой режимной информации является
контекстным и обычно дополнительным.
82
p
p
211
uuuu
=−+
α
u
=
β
uuuu
=++
0ABC
uuu
=+
d
uu u
=θ+θ
q
sin( ) ;
sin( ) .
=−+
iiii
α
=
i
β
=++
iiii
0ABC
ii i
=θ+θ
d
=θ+θ
ii i
q
=⋅+⋅
=⋅+⋅
qui ui
uu u
=θ+θ
α
=θ+θ
uu u
β
ABC
322
uu
()
+
BC
;
3
1
().
3
22
;
αβ
sin( ) cos( );
αβ
u
u
u
α
ABC
u
β
ABC
θ=
θ=
211
ABC
322
()
+
ii
BC
;
3
1
().
3
cos( ) sin( );
αβ
sin( ) cos( ).
αβ
ui ui
dd qq
dq dq
cos( ) sin( );
dq
sin( ) cos( ).
dq
;
(15)
.
;
;
(13)
(14)
(11)
(12)
(16)
uu
;
=
A
α
Поскольку изображающий вектор напряжения сети (f
направлен по оси d, то u
= u
d
13
uu u
=−
B
uu u
C
ABC
αβ
22
13
=−
αβ
22
, uq = 0, а выражение (5) примет вид:
ui
=⋅
qui
=⋅
dd
.
dq
;
(17)
.
ABC
;
) на рис. 2.10
Обобщенная структура векторных САУ ВПТ одного из СПН приведена на рис. 2.8.
83
ω
A
f
f
β
f
β
d
α
f=
BC d
α
θ
q
0
f =
q
Рис. 2.10. Преобразование в пространстве координат ABC α, β, 0 d, q, 0
вектора f, представляемого напряжением или током
θ
θ
Рис. 2.11. Функциональная схема САУ ВПТ одного из СПН:
ТН – измерительный трансформатор напряжения; ТТ – измерительный
трансформатор тока; ABC/dq и dq/ABC – блоки прямого и обратного
преобразования координат из трехфазной системы координат в dq-систему
В регуляторе мощности и напряжения осуществляется сравнение
измеренных (U
ной (P) и реактивной мощности (Q) с уставками (U
Q
), а также формирование уставки по току регулятора тока (I
_уст
Для синхронизации напряжения сети (U
(U
) и в контуре фазовой автоподстройки осуществляется расчет угла
СПН
ABC
, U
) и рассчитанных на их основе величин актив-
ЦПТ
ABC_уст
) с напряжением СПН
ABC
, U
ЦПТ_уст
dq_уст
, Р
синхронизации θ.
_уст
).
,
84
В результате сравнения Idq с I
на выходе регулятора тока форми-
dq_уст
руются значения проекций на оси вращающейся системы координат dq
(U
(U
) требуемого вектора напряжения на трехфазной стороне СПН
dq_уст
ABC_уст
), которые поступают в блок ШИМ для задания моделируемого
сигнала и формирования управляющих импульсов для быстродействующих
полностью управляемых силовых полупроводниковых ключей ППВ СПН.
Рис. 2.12. Принцип формирования управляющих импульсов
трехуровневого СПН:
U1 – модулируемый сигнал: U2 и U3 – модулирующие сигналы: U
U
– импульсы управления соответственно быстродействующих полностью
ИМ4
управляемых силовых полупроводниковых ключей одной фазы
ИМ1
, U
ИМ2
, U
ИМ3
,
Классическим и наиболее распространенным вариантом реализации ШИМ является синусоидальная ШИМ, принцип которой основан
на формировании импульсов управления быстродействующими полностью управляемыми силовыми полупроводниковыми ключами СПН путем сравнения модулируемого сигнала (требуемого U
) с модулиру-
СПН
ющим (пилообразный с частотой коммутации в диапазоне 1…2 кГц).
В общем случае количество модулирующих сигналов должно быть равно (n – 1), где
n
– количество уровней преобразователей.
Представленный на рис. 2.12 принцип формирования импульсов
использует наиболее распространённую и простейшую концепцию
ШИМ (в зависимости от различных фазовых соотношений между моделирующими сигналами), при которой все моделирующие сигналы являются синфазными (Phase Disposition).
85
2.4. Системы защиты высоковольтных преобразовательных
комплексов на основе преобразователей напряжения
Существуют следующие защиты основных элементов [28, 34, 35]
(рис. 2.13):
• защиты оборудования переменного тока, включающая трансфор-
матор и ошиновку;
• защиты фильтра на стороне переменного тока;
• защиты преобразовательного блока.
Защиты трансформатора:
- дифференциальная защита;
- защита от замыканий на
землю;
- защита от внутренних
замыканий на землю в
преобразовательном
трансформаторе;
- максимальная токовая защита
Защиты ошиновок:
- дифференциальная защита;
- защита от перенапряжения
нулевой последовательности;
- защита трансформатора от
перегрузок
ТТ
3
ТН
ТТ
1
ТН
Защита от потери
синхронизации с сетью
Защиты АС фильтра:
- максимальная токовая
защита ректоров и
конденсаторов
поперечного включения;
- тепловая защита
резисторов и реакторов
от перегрузки;
- токовая защита от
коротких замыканий на
землю;
- защита от
несимметричной работы
конденсаторных батарей
фильтра
ТТ
2
Защиты вентиля:
- защита от ложной
коммутации;
- защита от коротких
замыканий вентиля;
- защита от нарушений
коммутации
Защита по напряжению
на стороне постоянного
тока
Защита от сверхтоков на
стороне постоянного тока
ТТ
dc
4
Рис. 2.13. Защита основных элементов преобразовательного блока HVDC
Защиты преобразователя
Защиты вентилей:
• Защита от ложной коммутации / Valve misfire protection.
При формировании импульсов управления осуществляет сравнение
длительности импульса управления с требуемым интервалом нахождения ключа в открытом состоянии. Защита запрещает открытие ключа
86
вне интервала импульса управления, а также защищает от пропуска импульса управления. Таким образом, при условии правильной подачи
импульса работа защиты запрещается.
• Защита от коротких замыканий вентиля / Valve short circuit protection.
Защита предназначена для выявления коротких замыканий вентилей и других междуфазных коротких замыканий на стороне постоянного тока преобразовательного трансформатора.
Защита контролирует значения токов, поступающих от измерительных устройств (ТТ1-4).
• Защита от нарушений коммутации / Commutation failure protection.
Определяет нарушения работы вентилей преобразователя, связанные с анормальными условиями коммутации.
Для формирования импульсов управления в программе производится расчет времен коммутации для каждой фазы преобразователя относительно начала следующего расчетного такта программы. Комбинация импульсов управления после каждой коммутации фиксирована.
В программе производится расчет приращения тока в каждой фазе
преобразователя за время расчетного такта. В случае
отличия расчетного тока от измеренного на следующем такте на величину, превышающую уставку, происходит фиксирование факта нарушения коммутации
и срабатывание защиты. При срабатывании защита блокирует импульсы
управления и отключает выключатели.
• Защита от перенапряжений / Voltage stress protection.
Перенапряжения, возникшие в сети переменного тока, контролируются по сигналу от трансформатора напряжения (ТН): при увеличении напряжения на стороне переменного тока происходит снижение передаваемой мощности, при условии непревышения напряжения на
плечах КБ максимально допустимого уровня. При значительном увеличении напряжения на стороне переменного тока (более 60 % длительностью до 1 с и 75 % длительностью до 0,1 с) формируются импульсы
управления для блокировки работы вентилей.
• Защита по напряжению на стороне постоянного тока.
Контролируется значение напряжения на любом из плеч конденсаторной батареи (КБ). При превышении фиксируется факт срабатывания
защиты по небалансу напряжений на КБ. При превышении уставки измеренного значения напряжения на КБ фиксируется срабатывание защиты по напряжению на КБ. Факт срабатывания защиты воздействует
на блокирование импульсов управления и отключение выключателя.
• Защита от сверхтоков на стороне постоянного тока / DC
overcurrent protection.
87
Защита реагирует на возрастание тока и увеличение температуры
вентилей. Контролируется ток на стороне переменного и постоянного
тока. Для защиты от перегрева контролируется температура охлаждающей жидкости.
Защита от сверхтоков реагирует на увеличение тока относительно
его расчетного среднеквадратичного значения. Для защиты от перегрузки применяется эквивалентная тепловая модель силового преобразователя. При срабатывании защиты по току происходит блокирование импульсов управления и отключение выключателя.
• Защиты от потери синхронизации с сетью.
Защитная функция выполняется программой
проверки точности
синхронизации по напряжению сети в точке подключения (от ТН). Подпрограмма реализует контроль синхронизма не только в установившемся режиме, но и в процессе начальной синхронизации при появлении
данных с первичных датчиков. При выявлении устойчивого нарушения
синхронизации с сетью срабатывает защита, блокирующая импульсы
управления и воздействующая на отключение выключателя
.
Защиты трансформатора
• Дифференциальная защита.
Осуществляет пофазное сравнение токов по сторонам преобразовательного трансформатора, измеряемых с помощью ТТ1-2. В функции
дифференциальной защиты также входит контроль положения РПН для
отстройки от возможных токов небаланса. Контроль 2 и 5 гармоник для
отстройки от броска тока намагничивания. Защита отстраивается от токов небаланса при внешних коротких замыканиях.
• Защита от замыканий на землю.
Контролируется векторная сумма фазных напряжений со стороны
вентильных обмоток преобразовательного трансформатора. Если вентили закрыты и короткое замыкание отсутствует, то напряжение равно
нулю. В случае появления короткого замыкания на землю вентили блокируются и ток равен нулю, однако существует напряжение нулевой
последовательности, на которое срабатывает защита.
Защита выводится из работы, когда вентили преобразователя не заблокированы.
• Защита от внутренних замыканий на землю в преобразователь-
ном трансформаторе.
• Максимальная токовая защита нулевой последовательности.
Контролирует векторную сумму фазных токов трансформатора.
• Защита о перегрузки.
88
Контролирует действующее значение тока со стороны сетевой обмотки преобразовательного трансформатора, может включать выдержку
времени.
Защиты шин
• Дифференциальная защита шин.
Контролирует токи шин переменного тока и фильтров. Срабатывает без выдержки времени и может не иметь отстройки от высокочастотных гармоник.
• Защита от перенапряжений.
Контролирует основную гармонику фазных напряжений со стороны сетевой обмотки преобразовательного трансформатора.
Защиты фильтра на стороне переменного тока
• Максимальная токовая защита ректоров и конденсаторов попе-
речного включения
Защита предназначена для отключения внутренних повреждений
реакторов и конденсаторных батарей. Защита контролирует ток основной частоты.
• Тепловая защита резисторов и реакторов от перегрузки.
Защита определяет допустимую температурную нагрузку на каждый компонент через величину потерь мощности, рассчитываемую по
данным о падении напряжения на резисторе или реакторе и протекающем через него токе.
• Токовая защита от коротких замыканий на землю.
Реагирует на изменение тока нулевой последовательности, измеряемого со стороны нейтрали или рассчитываемого через векторную сумму фазных токов со стороны нейтрального вывода фильтра.
• Защита от несимметричной работы конденсаторной батареи
фильтра.
Контролируется значение емкости, рассчитываемое по данным измерений тока фильтра и напряжения в точке подключения.
89
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Дайте определение устройству «статический преобразователь то-
ка».
2. Дайте определение устройству «статический преобразователь
напряжения».
3. Сформулируйте системные свойства передач постоянного тока.
4. В чем отличие режима работы инвертора тока и инвертора напря-
жения?
5. Приведите состав оборудования ППТ (ВПТ) на преобразователях
тока.
6. Приведите состав оборудования ППТ (ВПТ) на преобразователях
напряжения.
7. Сформируйте общую структурную схему системы регулирования
ППТ (ВПТ) на преобразователях тока.
8. Сформируйте общую структурную схему системы регулирования
ППТ (ВПТ) на преобразователях напряжения.
9. Какие виды защит используются в ППТ на преобразователях тока?
10. Какие виды защит используются в ППТ на преобразователях
напряжения?
11. Приведите и обоснуйте внешнюю
12. Приведите и обоснуйте рабочую P–Q-диаграмму преобразователя
напряжения.
характеристику ППТ (ВПТ).
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]