WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

«А.М. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА БАЗЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ИРАКА ...»

На правах рукописи

Аль Джурни Рагхад А.М.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА БАЗЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ИРАКА

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук



Новочеркасск 2015

Работа выполнена на кафедре «Электромеханика и электрические аппараты» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова».

Научный руководитель доктор технических наук, доцент Лобов Борис Николаевич

Официальные оппоненты:

Розанов Юрий Константинович, доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Московский энергетический институт), профессор кафедры «Электрические и электронные аппараты».

Кашин Яков Михайлович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет, заведующий кафедрой «Электротехника и электрические машины».

Федеральное государственное бюджетное об

Ведущая организация разовательное учреждение высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (г. Ростов-на-Дону)

Защита диссертации состоится «___» декабря 2015 г. в 10 час. 00 мин.

на заседании диссертационного совета Д212.302.04 созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской обл., ул. Просвещения, 132, ауд. 149 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова www/npi-tu.ru/

Автореферат разослан «___» _____ 2015 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Ю.А.Бурцев Актуальность работы. Солнечные электростанции (СЭС) – перспективное направление развития энергетики в XXI-м веке. Солнечная энергетика по сравнению с другими имеет самый большой потенциал развития и КПД, высокую удельную мощность, очень широкую сферу применения.

Существует большое количество типов фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), способов их установки, огромное разнообразие накопителей энергии (десятки типов только аккумуляторных батарей - АКБ), преобразователей и другого оборудования. Применяемое для построения СЭС оборудование, как правило, является универсальным, разработанным без учёта требований именно фотоэлектрических систем. В первую очередь это можно сказать о накопителях энергии и инверторах. Отсутствует доступная информация о разработках специализированного оборудования для СЭС, оптимальных алгоритмах работы преобразователей и всей системы.

Отсутствуют также научно обоснованные рекомендации по выбору оптимальной структуры и состава системы на базе ФЭП. Известные методики проектирования и расчёта параметров СЭС являются весьма приближёнными, не позволяют осуществить выбор оптимальной структуры системы, учесть особенности работы конкретных систем, например, работу солнечных батарей одновременно на потребителя и накопители энергии.

Учитывая географическое расположение и природные условия Ирака (много солнца и малые скорости ветра) в качестве альтернативного источника электроэнергии для питания ответственных потребителей экономически целесообразно использовать ФЭП.

При разработке электротехнических комплексов на базе ФЭП, как и любой другой системы электроснабжения, необходимо решить задачи выбора оптимального состава основного и вспомогательного оборудования, управления системой, её монтажа и эксплуатации. При этом система должна иметь более высокие технико-экономические показатели по сравнению с известными системами. Для обоснованного выбора структуры, состава и параметров необходимо разработать и использовать имитационные модели "солнечные батареи - преобразователи - потребитель" систем различной конфигурации.





Важной является задача выбора структуры преобразователей, обеспечивающих работу системы электроснабжения в режиме отдачи максимальной мощности. Необходима также разработка специализированного инвертора DC/АC, обеспечивающего улучшенные показатели качества выдаваемой электроэнергии: уменьшение состава и амплитуды гармонических составляющих, а, следовательно, стоимости фильтров, упрощение элементной базы – использование транзисторов на меньшее напряжение.

Работа соответствует научному направлению ЮРГПУ (НПИ) на 2011гг. «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы», утверждённому протоколом №6 от 26 января 2011 г.

Цель работы и задачи исследования. Совершенствование автономного электротехнического комплекса на базе ФЭП, предназначенного для электроснабжения ответственных потребителей в условиях Ирака.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Синтез структуры электротехнического комплекса.

2. Разработка способа децентрализованного управления устройствами комплекса и комплексом в целом.

3. Выбор схемного решения устройства и принципов управления устройства отбора максимальной мощности.

4. Выбор схемного решения и метода формирования выходного напряжения автономного инвертора.

5. Разработка имитационных моделей: «ФЭП - устройство отбора максимальной мощности», «АКБ - устройство контроля разряда-заряда», «автономный инвертор напряжения - нагрузка».

6. Создание комплексной математической модели, позволяющей проводить анализ электромагнитных процессов в отдельных элементах комплекса для оценки их взаимодействия в стационарных, переходных и аварийных режимах и определения энергетических показателей комплекса, оптимизации алгоритмов перераспределения энергии, взаимодействия с потребителями и оценки эффективности системы в целом.

7. Исследования комплекса с использованием математической модели для окончательного выбора элементов системы.

8. Разработка рекомендаций по повышению качества и надёжности электроснабжения ответственных потребителей в условиях Ирака.

Методы и достоверность результатов исследований.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, а также полученных результатов обеспечиваются:

1. Корректностью допущений, принимаемых при разработке расчётных схем и математических моделей.

2. Применением фундаментальных методов теории электрических цепей, численных методов решения систем нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений, методов оптимального проектирования.

3. Использованием при моделировании численных моделей современных программных комплексов «PSpice», «DocWin».

Научная новизна.

1. Предложен алгоритм выбора структуры электротехнического комплекса, отличающийся тем, что выбор осуществляется по шести равнозначным критериям и таблице рейтинговых оценок, что даёт возможность более объективного выбора структуры комплекса.

2. Обоснована схема комплекса, состоящая из нескольких подсистем, отличающаяся наличием вспомогательной линии постоянного тока и возможностью использования инверторов различной мощности, расположенных в непосредственной близости от потребителей электроэнергии.

3. Предложен способ управления устройствами комплекса, новизна которого заключается в том, что внешняя характеристика каждого устройства формируется таким образом, чтобы минимизировать обмен энергии между устройствами комплекса. Предложенный способ позволяет реализовать децентрализованное управление комплексом.

4. Для питания несимметричной трёхфазной нагрузки предложена схема двухуровневого автономного инвертора напряжения, отличающаяся использованием дополнительных ключевых элементов для стабилизации потенциала нейтрали.

5. Разработана математическая модель комплекса, позволяющая выполнить анализ его работы при заданном графике потребления, отличающаяся тем, что в ней учитываются случайные колебания нагрузки, изменения положения Солнца в зависимости от времени суток и сезона.

Практическая значимость и внедрение.

1. Разработана методика расчёта параметров фотоэлектрических комплексов, отличающаяся учетом необходимости (для автономных схем) работы одновременно на нагрузку потребителя и накопитель энергии.

2. Показано, что рациональной является схема комплекса, состоящая из нескольких подсистем со вспомогательной линией постоянного напряжения и общим инвертором для подключения к распределительной сети. Мощность подсистемы комплекса, работающей на общий инвертор не должна превышать 80 – 100 кВт, так как ее дальнейшее увеличение непропорционально увеличивает стоимость устройства. Напряжение во вспомогательной линии постоянного напряжения целесообразно установить напряжение на уровне 700 В, что позволит избежать необходимости повышать напряжение на входе АИН дополнительным преобразователем. Мощность контроллера ФЭП должна составлять величину порядка 1000 – 1500 Вт.

3. Сформулированы требования и даны рекомендации по проектированию основных элементов комплекса: трансформаторов, преобразователей, фильтров, которые могут быть использованы при проектировании автономных систем электроснабжения.

4. Сформулированы рекомендации по настройке устройств, входящих в состав комплекс, позволяющие реализовать децентрализованное управление работой системы и использовать их при построении алгоритмов управления автономных систем электроснабжения.

5. Разработана программа математического моделирования процессов в комплексе, позволяющая на этапах проектирования оценивать эффективность работы отдельных устройств и электротехнического комплекса в целом.

Результаты работы приняты к внедрению в ООО СКТБ «Инверсия» г.

Ростов-на-Дону при разработке СЭС различного назначения. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Электромеханика и электрические аппараты» ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова при подготовке магистров по программе 14040063 «Методы исследования и моделирования процессов в электромеханических преобразователях энергии».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Принципы выбора структуры комплекса.

2. Математические модели элементов и комплекса в целом.

3. Принципы построения комплекса для автономного электроснабжения ответственных потребителей.

4. Принцип регулирования элементов комплекса, позволяющий реализовать децентрализованное управление системы.

5. Рекомендации по выбору оптимального количества и места расположения ФЭП, ёмкости АКБ и мощности резервного генератора для обеспечения бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX Международной молодёжной научной конференции «Тинчуринские чтения» в Казанском государственном энергетическом университете (г. Казань, 2014 г.), Международной научно-практической конференции «Возобновляемая и малая энергетика на сельских территориях, рекреационных зонах и удаленных объектах. Энергосберегающие технологии» (г. Ростов-на-Дону, 2015 г.), ежегодных научно-технических конференциях молодых учёных, аспирантов и студентов ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова «Студенческая научная весна» (г. Новочеркасск, 2013, 2014, 2015 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе: 7 работ в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК и 4 тезиса докладов на научных конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка используемой литературы из 105 наименований и приложения. Общий объём работы 214 страниц, включая 2 страницы приложений и 101 иллюстрацию.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даётся обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость, кратко сформулированы основные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе показано, что потенциал солнечной энергии на порядок превышает потенциал всех используемых в настоящее время видов энергии. Солнечные электростанции имеют такую же удельную мощность (на единицу занимаемой площади) как атомные и на порядок превосходят этот показатель для станций других типов. Энергоотдача солнечных фотоэлектрических станций примерно в 5 раз выше, чем у станций других типов.

Рассмотрены структуры автономных и соединённых с сетью солнечных фотоэлектрических комплексов, их состав: ФЭП; устройство отбора максимальной мощности; накопители энергии; контроллер зарядки-разрядки (аккумуляторов); АКБ; инвертор. Проведён обзор сегодняшнего состояния солнечной энергетики.

Особенности климата Ирака: 350 солнечных дней в году, практическое отсутствие ветра (до 2 м/c) делают очевидным выбор в качестве возобновляемого источника именно солнечной энергии.

Предложены и проанализированы три группы СЭС, различающихся по степени связи с центральной системой:

1. Автономная фотоэлектрическая система.

2. Гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система.

3. Соединённая с сетью фотоэлектрическая система (без АКБ).

Критериями, определяющими выбор структуры и состава системы, являются: экономичность; надёжность электроснабжения; качество электрической энергии; гибкость системы (возможность дальнейшего развития); безопасность и удобство эксплуатации; максимальное приближение источников к потребителям. Составлена таблица рейтинговых оценок различных схем СЭС. Методом ЭЛЕКТРА выполнено решение многокритериальной задачи выбора, в результате которого лучшим вариантом структуры является схема №1 с инвертором низкого напряжения.

В типовых методиках расчёта параметров СЭС не учитывается необходимость (для автономных схем) работы одновременно на нагрузку и на АКБ. Для учёта такого режима работы предложено суточное потребление энергии разделить на "дневное" - от восхода до заката солнца qсутд и "ночное" - оставшаяся часть суток qсутн с учётом суточного графика потребления электроэнергии. Параметры АКБ определяются по qсутн. При расчёте параметров солнечной батареи проверяется возможность полного заряда аккумуляторной батареи за "дневное" время.

Выполнен анализ технического состояния электрохозяйства госпиталя (сеть напряжением 220/380 В), расчёт электрических нагрузок. На потребители 1-ой особой категории приходится 40 кВт, на потребители 1-ой и 2-ой категории 725,5 кВт. Разница в электропотреблении в летнее и зимнее время составляет примерно 10% и не учитываться. Потребление в ночное время составляет 260 кВт.

Во второй главе рассматриваются вопросы выбора структуры и схемных решений элементов комплекса.

Схемотехнические решения устройств преобразования электроэнергии, входящих в состав комплекса, и его структура мало зависят от типа применяемых ФЭП. Поэтому в дальнейшем будет считать, что применяются кремниевые ФЭП, но допускается использование ФЭП другого типа.

Разработаны принципы построения структуры комплекса. В общей структуре выделено несколько подсистем, которые включают в себя ФЭП с контроллерами фотоэлектрических панелей (КП) и инвертор. Резервный генератор и АКБ с контроллерами заряда и разряда представляют собой самостоятельные подсистемы. Передача электроэнергии в пределах подсистемы осуществляется на повышенном напряжении, с помощью вспомогательной линии постоянного тока (ВЛПТ). Взаимодействие с распределительной сетью происходит через инвертор, который получает питание от ВСПН. Местом подключения инвертора выбрано одно из распределительных устройств.

Выбор мощности каждой из подсистем определяется конфигурацией системы электроснабжения здания и места расположения панелей. Мощность силовых полупроводниковых преобразователей (СПП), в первую очередь инверторов, ограничена типом применяемых силовых полупроводниковых приборов. В настоящее время технический уровень и цена модулей на базе IGBT или MOSFET делает оптимальным создание преобразователей с током до 200 А. Поэтому мощность инвертора ограничена величиной порядка 80 – 100 кВт. Мощность каждой подсистем зависит от места её расположения и лежит в диапазоне 20 – 80 кВт.

Предложенная структура позволяет минимизировать потери электроэнергии из-за ее передачи на низком напряжении. При этом точки сопряжения с распределительной сетью распределены по системе электроснабжения и приближены к центрам сосредоточения нагрузок.

Выбор величины напряжения в ВЛПТ выполняется с учетом передаваемой мощности и длины кабельных линий. Критерием является КПД линии.

Контролируется величина падения напряжения в конце линии и температура проводов.

На основании закона Джоуля – Ленца получены выражения для напряжения и КПД линии:

j 2l j 2l U л л л ; 1 л л, (1) 1- Uл где – удельное электрическое сопротивление материала проводов; 2lл – общая длина проводов линии (прямого и обратного); Uл – напряжение в начале линии; jпр – плотность тока в проводниках. Получены зависимости КПД линии от lл при разных значениях Uл и jпр, рисунок 1.

–  –  –

При расчетной плотности тока 3,5 А/мм2 следует принять следующие величины предельной длины проводов: для ФЭП с номинальным напряжением 12 В – 8 м; с номинальным напряжением 24 В – 16 м, с номинальным напряжением 36 В – 24 м. В этом случае КПД линии не будет ниже 0,9. При увеличении плотности тока до величины 5 А/мм2, КПД снижается до 0,85.

Указанные значения длины проводов позволяют оценить количество ФЭП, объединение которых возможно для работы с одним КП. Например, при использовании ФЭП мощностью 300 Вт с размерами 2,0 x 1,0 м, их количество составляет 10 с учетом характера прокладки проводов. Принимая мощность одной подсистемы комплекса, объединенной общей ВЛПТ 30 кВт и учитывая размеры ФЭП, длина проводов ВЛПТ может достигать 100 м.

При расчетной плотности тока 5 А/мм2 и КПД 0,9 из (1) следует, что величина напряжения в начале линии должна составлять 210 В.

Поскольку АИН подключается к трехфазной распределительной сети с линейным напряжением 380 В, напряжение в звене постоянного тока должно быть достаточным для формирования основной гармоники фазного напряжения с действующим значением 220 В. Поэтому величина напряжения в звене постоянного тока должна быть, как минимум, в два раза выше амплитуды фазного напряжения (311 В) и составлять величину 622 В. Целесообразно принять напряжение в ВСПН на уровне 700 В.

Выбраны схемы контроллера ФЭП двухтактная или полумостовая схемы и контроллера заряда аккумуляторной батареи симметричная схема, на основе двух однофазных мостовых преобразователей.

Для сравнительного анализа выбраны схемы двухуровневого автономного инвертора напряжения с выведенной нейтралью, трехуровневневого автономного инвертора напряжения с дополнительными диодами (diodeclamped converter) и с «плавающими конденсаторами» (flying-capacitor converter). Последние кроме улучшения формы напряжения, могут быть созданы на базе силовых полупроводниковых приборов с меньшим рабочим напряжение, чем двухуровневые.

Подробно рассмотрены два способа формирования выходного напряжения инвертора: с помощью независимого пофазного управления(СШИМ) и пространственно-векторной модуляции. Построены выражения для моделирующих и тактовых сигналов, а также для коммутационных функций, линейных и фазных напряжений на выходе инвертора. Приведены временные диаграммы работы IGBT-транзисторов двух- и трехуровневого инвертора.

Загрузка...

Установлено, что формирование выходного напряжения инвертора необходимо выполнять с использованием СШИМ. Применение для этой цели пространственно-векторной модуляции приводит к искажению формы фазных напряжений в питаемой сети.

Выполнен выбор рационального метода модуляции инвертора. Решена проблема, возникающая при питании от АИН распределительной сети с нейтралью, - это неравномерное распределение напряжения на конденсаторах делителя входного фильтра в несимметричных режимах работы. Схемотехника трехуровневого АИН позволяет выравнивать потенциал средней точки делителя при использовании ПВШИМ, однако для этого требуются дополнительные переключения силовых полупроводниковых приборов. При использовании СШИМ и в двухуровневом АИН при всех видах модуляции выполнить это невозможно. Поэтому в схему преобразователя введены дополнительные ключевые элементы для выравнивания потенциала средней точки делителя напряжения. Для двухуровневого и трехуровневого АИН схема входных цепей в этом случае будет иметь вид, рисунок 2.

–  –  –

Рисунок 3 Обобщённая схема замещения ФЭП Полагаем, что солнечная батарея (CБ) состоит из Ns последовательно объединенных, Np параллельно объединенных фотоэлементов.

Тогда вольтамперная характеристик СБ описывается формулой:

IБ = Np.Is - Np.Ida, где Is - тока источника; Idа - обратный ток насыщения диода, А; q = 1,602.10-19 С; n диодный коэффициент, полученный при сравнении экспериментальной и теоретической кривой вольт-амперной характеристики, принимает значения от 1 до 5; k 1,38.10-23 J/K; T температура ФЭП, К.

Аккумулятор при заряде рассматривается как нагрузка с противоЭДС, рисунок 4.

–  –  –

Приведены выражения для продолжительность разряда К, ЭДС батареи Е0, ЭДС поляризации Еп, сопротивления АКБ RБ.

При построении математических моделей СПП принят ряд допущений, в частности, о возможности использования упрощенной модели СПП в виде ключевого элемента.

Задача исследования процессов в системе преобразования электроэнергии сводится к расчету динамической электрической цепи с нелинейными параметрами. Показано, что для ее решения целесообразно использовать метод интегрирования на уровне двухполюсников. Его применение позволяет исключить запись дифференциальных уравнений в явном виде.

При моделировании устройства отбора мощности - контроллера фотоэлектрической панели разработана расчётная схема, представленная на рисунок 5.

<

Рисунок 5 - Расчетная схема устройства отбора мощности ФЭП

Схема работает в импульсном режиме, поэтому при моделировании учитываются индуктивности и активные сопротивления монтажа между транзисторами инвертора и конденсаторами делителя напряжения, оказывающие наибольшее влияние на процессы коммутации. В состав расчетной схемы введены сопротивления и индуктивности Lм1 и Rм1, Lм2 и Rм2. В расчетах приняты величины этих индуктивностей и сопротивлений 50 нГн и 100 мкОм. Также, в схему замещения делителя напряжения и выходного фильтра включены последовательно и параллельно соединенные сопротивления (RC111,RC112, RC121,RC122) величиной 10 мкОм и 100 кОм соответственно.

Дроссель фильтра L1 на входе КП выполнен на сердечнике из феррита, допускающего работу на частотах до 500 кГц. При работе на принятой частоте модуляции 10 кГц нет необходимости учитывать при моделировании вихревые токи в сердечнике. Поэтому схема замещения дросселя состоит из индуктивности и активного сопротивления его обмотки R1, принятого равным 0,02 Ом. В качестве источника электроэнергии в моделируемой схеме была выбрана ФЭП типа AP-250 из поликристаллического кремния. На рисунке 6 приведены результаты моделирования системы «ФЭП – КП – нагрузка» полученные при описанных выше параметрах.

Анализ полученных результатов моделирования показал, что величина напряжения на выходе соответствует заданной. Пульсации токов ФЭП и нагрузки, напряжений на конденсаторах делителя напряжения и выходного фильтра не превышают допустимых значений.

–  –  –

При моделировании была выбрана АКБ типа 6СТ-90 с номинальным напряжением 12 В и емкостью 90 Ач. Определены параметры ее схемы замещения (при температуре 25 оC): E0 = 12,2 В при полностью заряженной АКБ (11 В при заряженной на 75%); Cд = 0,015 Ф; Rп = 0,0015 Ом; Rэ = 0,01 Ом. Параметры элементов фильтров приняты следующими: емкости конденсаторов C1 = 250 мкФ, C2 = 100 мкФ; индуктивность дросселя L1 = 0,5 мГн. Активное сопротивление нагрузки Rн = 0,05 Ом, индуктивность Lн = 0,05мГн. ЭДС нагрузки изменяется в зависимости от работы устройства в режиме заряда или разряда. В режиме заряда расчеты проводились при следующих параметрах E0 = 11 В, Eн = 700 В. Транзисторы первого инвертора не открываются, коэффициент модуляции второго инвертора равен 0,95. Такой режим соответствует заряду АКБ разряженной до 75% емкости током пятичасового заряда. Параметры для моделирования режим разряда АКБ приняты следующие: E0 = 12,1 В, Eн = 630 В. Коэффициент модуляции первого инвертора равен 0,95, транзисторы второго инвертора не открываются. В этом режиме АКБ отдает ток соответствующий трехчасовому разряду.

Результатами моделирования в режимах заряда и разряда являются:

напряжение АКБ и на первичной обмотке трансформатора; ток АКБ и первичной обмотки трансформатора.

Для целей дальнейшего анализа СЭС была разработана модель трехфазного АИН, собранного по двухуровневой схеме, рисунок 9.

Трехфазный АИН питается от источника постоянного напряжения со следующими параметрами: ЭДС E0 = 700 В, активное сопротивление R0 = 0,01 Ом. Индуктивность дросселя в звене постоянного тока L1 = 0,1 мГн.

Емкости конденсаторов фильтра C1 = C2 = 5000 мкФ. Конденсаторы C1 и С2 соединены последовательно и образуют делитель напряжения, средняя точка которого подсоединена к нейтральной точки нагрузки, соединенной звездой.

В качестве нагрузки в каждой из фаз включены последовательно соединенные индуктивности и сопротивления с параметрами Rн =7,8 Ом, Lн =16,5 мГн.

Для улучшения гармонического состава напряжения на нагрузке на выходе АИН подключен синус-фильтр, состоящий из индуктивностей LфA, LфИ, LфС и конденсаторов CфA, CфИ, CфС. Для обеспечения затухания = 36 дБ на частоте модуляции частота среза фильтра должна быть f c f м 10 40. При выбранной частоте модуляции fм =10 кГц она равна fc = 1260 Гц. Предполагая, что импеданс линии составляет Rл 50 Ом и принимая коэффициент затухания = 0.707, получаем Lф = 8,939 мГн, Cф = 1,788 мкФ.

Был выполнен расчет процессов при использовании двух вариантов формирования выходного напряжения АИН: пространственно-векторной ШИМ, рисунок 10, и синусоидальной ШИМ с независимым управлением по фазам, рисунок 11.

Из приведенных на рисунках 10, 11 результатов видно, что синусоидальная ШИМ с независимым управлением по фазам обеспечивает близкую к синусоидальной форму с низким уровнем высших гармоник как линейных, так и фазных напряжений на выходе фильтра.

Рисунок 10 Результаты моделирования процессов в двухуровневом автономном инверторе напряжения при использовании пространственновекторной ШИМ: 1 - линейное напряжение на выходе инвертора; 2 - фазное напряжение на выходе инвертора; 3 - фазный ток нагрузки Рисунок 11 Результаты моделирования процессов в двухуровневом автономном инверторе напряжения при использовании ШИМ с независимым управлением по фазам: 1 - линейное напряжение на выходе инвертора; 2 фазное напряжение на выходе инвертора; 3 - фазный ток нагрузки В четвёртой главе выполнен анализ системы в целом. На основе сформулированного принципа соединения отдельных устройств в систему предложена принципиальная схема системы, учитывающая распределённые генерацию и потребление электроэнергии. ВЛПТ проложена по всему зданию госпиталя, к ней через статические полупроводниковые преобразователи присоединены ФЭП, АКБ, резервный генератор; от распределительных пунктов, в которых расположены инверторы осуществляется питание потребителей. Значение напряжения в этой линии является главным информационным параметром для определения режима работы. Напряжение на выходе преобразователей может изменяться в широких пределах вне зависимости от отдаваемой устройством мощности. Поэтому их внешняя характеристика может

–  –  –

24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 t, ч в системе электроснабжения в период зимРисунок 14 - Результаты расчета процессов в него солнцестояния. Запас энергии в АКБ системе электроснабжения в период зимнего и расход топлива дизель-генератора солнцестояния. Суммарная мощность нагрузки и потери в линии постоянного тока Анализ полученных данных показывает, что вертикально установленные ФЭП ориентированные на восток и запад эффективно собирают энергию в утренние и вечерние часы. Горизонтально установленные ФЭП собирают энергию, в основном, в дневное время, и наиболее эффективны в районе полудня. Эффективность вертикальных панелей ориентированных на юг выше, чем для периодов летнего солнцестояния и равноденствий, а горизонтальных, расположенных на крыше – ниже, поскольку Солнце в это время имеет наименьшую высоту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача разработка структуры и параметров комплекса, построенного на базе ФЭП, предназначенного для электропитания ответственных потребителей

Ирака, выполнен анализ его работоспособности в различных режимах работы. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. В структуре электротехнического комплекса целесообразно использовать вспомогательную линию постоянного тока для обмена энергией между устройствами комплекса и распределительной сетью.

2. Для эффективной работы комплекса необходимо применение статических полупроводниковых преобразователей энергии, работающих совместно с ФЭП, АКБ и для питания распределительной сети.

3. Для упрощения структуры комплекса целесообразно применять децентрализованное управление процессами выработки, хранения и распределения электроэнергии.

4. В качестве информационного параметра, определяющего режим работы устройств комплекса возможно использовать величину напряжения во вспомогательной линии постоянного тока.

5. Величина напряжения во вспомогательной линии постоянного тока должна допускать преобразование в 3-х фазное напряжение 0,4 кВ с использованием автономного инвертора напряжения без промежуточного преобразования постоянного напряжения в постоянное и не превышать величину 1000 В.

6. Рациональной является величина напряжения во вспомогательной линии постоянного тока 700 В, что с учётом колебаний напряжения при работе системы электроснабжения удовлетворяет сформулированным выше требованиям.

7. Устройства отбора мощности ФЭП, заряда-разряда АКБ, инверторы для питания нагрузки должны иметь формируемую внешнюю характеристику по линии постоянного напряжения.

8. Для уточнения мощности ФЭП, ёмкости АКБ, мощности резервного генератора необходим анализ работы системы электроснабдения в различных условиях работы (зима-лето, день-ночь, местоположение, климатические условия).

9. На широте Багдада с точки зрения количества собираемой энергии эффективным является использование вертикальных ФЭП, ориентированных на восток и запад, и горизонтально расположенных ФЭП. Вертикально расположенные панели, ориентированные на юг, работают эффективно только с зимнее время.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Лобов Б.Н., Колпахчьян П.Г., Белокопытов С.А., Аль Джурни Рагхад А. М. Выбор структуры фотоэлектрической системы электроснабжения//Электротехника, 2015. - №7. - С.36-40.

2. Аль Джурни Рагхад А. М. Проблемы разработки системы электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии в условиях Ирака// Изв.вузов. Сев.кавк. регион. Техн. науки.- 2014. - №1. - С.144-145.

3. Колпахчьян П.Г., Лобов Б.Н., Аль Джурни Рагхад А. М., Гуммель А.А. Анализ структуры фотоэлектрической системы// Изв.вузов. Сев.кавк.

регион. Техн. науки.- 2014. - №6. - С.44-47.

4. Колпахчьян П.Г., Аль Джурни Рагхад А. М. Выбор величины напряжения во вспомогательной линии постоянного тока фотоэлектрической системы// Изв. вузов. Электромеханика. - 2015. - №2(538). – С.53-55.

5. П.Г.Колпахчьян, Лобов Б.Н., Аль Джурни Рагхад А.М. Математическое моделирование процессов в автономном инверторе напряжения солнечного электроснабжения// Изв. вузов. Электромеханика. - 2015. - № 4(540).

– С.38-41.

6. П.Г.Колпахчьян, Лобов Б.Н.,Аль Джурни Рагхад А.М. Анализ процессов в системе автономного солнечного электроснабжения// Изв. вузов.

Электромеханика. - 2015. - № 4(540). – С.76-82.

7. П.Г.Колпахчьян, Лобов Б.Н., Аль Джурни Рагхад А.М. Принципы регулирования устройств автономной системы электроснабжения на основе фотоэлектрических преобразователей // Изв.вузов. Сев.кавк. регион. Техн.

науки.- 2015.-№ 4.- С.63-70.

Статьи, материалы конференций и другие материалы:

8. Аль Джурни Рагхад А. М. Выбор структуры фотоэлектрической системы // IX Международная молодежная научная конференция «IX Тинчуринские чтения». - 2014. – Том 1. – С.117-118.

9. Аль Джурни Рагхад А. М. Сравнение структур фотоэлектрических систем электроснабжения// Студенческая научная весна – 2014: материалы регион. науч.-тех. конф. (конкурса науч.-тех. работ) студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области / Юж.-Рос. гос. политехн.ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. – Новочеркасск : ЮРГПУ (НПИ), 2014. –С.109-110.

10. Колпахчьян П.Г., Аль Джурни Рагхад А.М. Выбор рационального метода модуляции инвертора для систем солнечного электроснабжения // Научно-техническая конференция и выставка инновационных проектов, выполненных вузами и научными организациями Южного федерального округа в рамках участия в реализации федеральных целевых программ и внепрограммных мероприятий, заказчиком которых является Минобрнауки России:

сборник материалов конференции, г. Новочеркасск, 14–16 декабря 2014 г. / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. – Новочеркасск: Лик, 2014.-492 с.- 2014. - №1.- С.96-97.

11. Аль Джурни Рагхад А.М. Электротехнический комплекс для электроснабжения на базе фотоэлектрических преобразователей в условиях Ирака // Студенческая научная весна – 2015: материалы регион. науч.-тех.

конф. (конкурса науч.-тех. работ) студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области / Юж.-Рос. гос. политехн.ун-т (НПИ) им. М.И.

Платова. – Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2015. – С.89-90.

Вклад автора в результаты работ, опубликованных в соавторстве, состоит: в разработке алгоритма выбора оптимальной по нескольким критериям структуры фотоэлектрической системы [1], в разработке математических моделей и реализации алгоритмов вычислений [3,5,6,7], разработке методики выбора величины напряжения вспомогательной линии постоянного тока [4].



Похожие работы:

«МИТРОФАНОВ Сергей Владимирович РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВА АГРЕГАТОВ ГЭС Специальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук Новосибирск – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический...»

«АНЦИФОРОВ Виталий Алексеевич МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НЕЗАВИСИМОСТИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНЫХ ПРОИЗВОДСТВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2015 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина» Научный руководитель – доктор технических...»

«Семенов Александр Вячеславович ТЕХНОЛОГИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ НА ОСНОВЕ АМОРФНОГО И МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ Специальность: 05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2015 Работа выполнена на кафедре квантовой электроники и оптико-электронных приборов Федерального государственного...»

«Ухов Андрей Александрович ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРОМЕТРЫ С МНОГОЭЛЕМЕНТНЫМИ ФОТОПРИЕМНИКАМИ Специальность 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Автореферат Диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Санкт-Петербург – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (СПБГЭТУ...»

«Ненашев Олег Вячеславович РЕИНЖИНИРИНГ'ЦИФРОВЫХУСТРОЙСТВИВСТРАИВАНИЕ&СРЕДСТВ& ТЕСТИРОВАНИЯ+НА+БАЗЕ!МНОГОУРОВНЕВЫХ+МОДЕЛЕЙ! Специальность 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2015 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра...»

«Растворова Ирина Ивановна ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВАЛЕГКИХ СПЛАВОВ Специальность: 05.09.10 – Электротехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург Работа выполнена в межотраслевой лаборатории «Современные Электротехнологии» Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ имени В.И. Ульянова (Ленина). Научный консультант– доктор технических...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.