Анотація до роботи:

Ільїна О.В. Енергозберігаючі напівпровідникові перетворювачі для комунальних мереж електропостачання. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.09.12 – напівпровідникові перетворювачі електроенергії. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” – Харків - 2008.

Дисертація присвячена розробці методів зниження втрат електроенергії в комунальних системах електропостачання при одночасному поліпшенні її якості за рахунок застосування енергозберігаючих напівпровідникових перетворювачів, розробці методів розрахунку і способів керування такими перетворювачами. Показано можливість значного збільшення ККД систем електропостачання за рахунок компенсації змінної складовий миттєвої активної потужності одночасно з компенсацією миттєвої реактивної потужності за допомогою активного компенсатора, що підключається паралельно навантаженню і має накопичувач енергії. Отримано співвідношення для розрахунку параметрів ємнісних і індуктивних накопичувачів енергії активних компенсаторів на базі перетворювачів різних типів. Запропоновано нові функціональні схеми систем автоматичного керування активним компенсатором на основі крос-векторної та p-q-r теорій потужності, що забезпечують повну компенсацію миттєвої реактивної потужності при будь-яких видах навантаження.

Ключові слова: активний компенсатор, силовий активний фільтр, система електропостачання, компенсація миттєвої реактивної потужності, корекція форми струму мережі.

У дисертаційній роботі вирішені науково-практичні задачі обґрунтованого зниження втрат електроенергії в комунальних системах електропостачання при одночасному поліпшенні її якості за рахунок застосування енергозберігаючих напівпровідникових перетворювачів, а також розробки методів розрахунку і способів керування такими перетворювачами. При цьому отримані наступні наукові результати:

1. Показано адекватність сучасного уявлення про миттєві активну і реактивну потужності. Миттєва активна потужність дорівнює скалярному добутку просторових векторів напруги і струму і характеризує швидкість передачі енергії в трифазній системі електропостачання. Вектор миттєвої реактивної потужності дорівнює векторному добутку просторових векторів напруги і струму і характеризує додаткові втрати енергії в системі електропостачання. Рівність нулю модуля вектора реактивної потужності відповідає мінімуму додаткових втрат енергії.

2. Надано якісні і кількісні оцінки ефекту підвищення сумарного ККД системи електропостачання за рахунок компенсації пульсацій у графіках миттєвої активної потужності навантаження. Показано, що цей ефект у ряді випадків може бути не меншим за ефект від повної компенсації реактивної потужності. У комунальних мережах електропостачання теоретична можливість підвищення ККД складає 4–12%.

3. Розроблено методику розрахунку еквівалентних опорів мережі комунального електропостачання, що враховує опір високовольтних і низьковольтних кабелів і обмоток трансформатора, а також методику обробки результатів моніторингу добових і тижневих графіків навантажень. Обидві методики випробувані при дослідженнях режимів роботи на ТП 18 у м. Дергачі, що виконувалися разом з АК "Харківобленерго" за допомогою цифрового приладу "Энергомонитор ЭМ 33".

4. Сформульовано вимоги до активного компенсатора для комунальних мереж електропостачання: максимальна швидкодія, можливість підключення паралельно навантаженню, наявність накопичувача енергії, – принаймні, – невеликої енергоємності, достатньої для компенсації пульсацій активної потужності з подвійною частотою мережі і більш високими частотами. Як основну схему активного компенсатора обрано схему автономного інвертора напруги з ємнісним накопичувачем енергії.

5. Розроблено систему керування активним компенсатором, що забезпечує компенсацію високочастотних пульсацій миттєвої активної потужності (з частотою 100 Гц і вище) і повну компенсацію реактивної потужності. Показано, що найкращі якісні показники має система керування, синтезована на основі p-q-r теорії потужності.

6. Показано, що традиційні перетворення Парка - Горєва з просторових декартових координат abc у координати 0 або dq0 при описі трифазної чотирипровідній системи дають погрішність, що полягає у відсутності рівності миттєвої активної потужності до і після перетворення, тобто в порушенні закону збереження енергії. Запропоновано модифікацію перетворень, що усуває цю погрішність.

7. Отримано альтернативну форму прямих і зворотних перетворень координат з 0 у pqr через косинуси кутів повороту осей, які спрощують алгоритм роботи системи керування.

8. Виконано порівняння трьох систем активних компенсаторів: на основі інвертора напруги і конденсаторного накопичувача; на основі інвертора струму і НПІН; на основі компенсованого керованого випрямляча і НПІН. Показано, що в даний час у схемі автономного інвертора напруги з конденсаторним накопичувачем енергії можлива ефективна, – при підвищенні сумарного ККД, – компенсація пульсацій активної потужності з періодом повторюваності в декілька секунд.

9. Розроблено Matlab-модель системи електропостачання житлового будинку з АК, підключеним паралельно навантаженню, системи керування яким виконані на основі кросс-векторної і p-q-r теорій потужності. Результати дослідження Matlab-моделі цілком підтвердили отримані в дисертації теоретичні висновки і показали працездатність схеми при будь-яких типах асиметричних навантажень фаз, аж до обриву одного чи навіть двох фазних кабелів. В усіх випадках підключення активного компенсатора цілком симетрує систему так, що струми мережі стають синусоїдальними, співпадаючими за фазою з напругами мережі, сумарний ККД зростає на кілька відсотків і підвищується напруга на навантаженні.

Публікації автора:

1. Домнин И.Ф., Жемеров Г.Г. Ильина О.В. Активные и реактивные мощности в трехфазных четырехпроводных сетях с асимметричной нагрузкой // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕДНАНУ. – 2005. –Тематичний вип., ч. 4. – С. 44-49.

Здобувачем виконано визначення частоти пульсацій миттєвих активної і реактивної потужностей у залежності від виду асиметрії, одержання залежностей амплітуд пульсацій миттєвих потужностей від коефіцієнта несиметрії по нульовій послідовності.

2. Жемеров Г.Г., Ильина О.В., Тугай Д.В. Преобразования координат в электроприводе и силовой электронике // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕДНАНУ. –2006. – Тематичний вип., ч. 1. – С. 81-88.

Здобувачем визначені нові коефіцієнти у матриці модифікованого перетворення Парку, експериментально перевірені нові співвідношення на Matlab-моделі.

3. Домнин И.Ф., Жемеров Г.Г., Ильина О.В., Тугай Д.В. Компенсация пульсаций мгновенной активной мощности в цепях с резистивной нагрузкой // Технічна електродинаміка. .– Київ: ІЕДНАНУ. – 2006. – Тематичний вип., ч. 6. – С. 36-41.

Здобувачем виведені математичні залежності для визначення ККД системи електропостачання, доказана її інваріантність до частоти пульсацій миттєвої активної потужності.

4. Жемеров Г.Г., Ильина О.В., Тугай Д.В. Энергосберегающий эффект компенсации пульсаций мгновенной активной мощности // Технічна електродинаміка. .– Київ: ІЕДНАНУ. – 2006. – Тематичний вип., ч. 4. – С. 22-27.

Здобувачем одержані залежності ККД системи електропостачання від відносної амплітуди пульсацій активної потужності при накладенні пульсацій різних частот.

5 Жемеров Г.Г., Домнин И.Ф., Ильина О.В., Тугай Д.В. Энергоэффективность коррекции фазы тока и компенсации пульсаций активной и реактивной мощностей в трехфазной системе электроснабжения // Технічна електродинаміка. –Київ: ІЕДНАНУ. –2007. – №1. – С. 52-57.

Здобувачем визначені залежності ККД системи електропостачання від відносних значень миттєвих активної і реактивної потужностей.

6. Жемеров Г.Г., Сокол Е.И., Ильина Н.А., Ильина О.В. О понятиях «мгновенная активная мощность» и «мгновенная реактивная мощность» // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕДНАНУ. – 2007. –Тематичний вип., ч. 1.– С. 33-44.

Здобувачу належить доказ ідентичності співвідношень Фрізе при устремлінні до нуля інтервалу усереднення і співвідношень крос-векторної теорії потужності.

7. Жемеров Г.Г., Ильина О.В. Накопители энергии компенсаторов пульсаций мгновенной активной мощности // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕДНАНУ. – 2007. –Тематичний вип., ч. 3. – С. 23-28.

Здобувачем одержано залежності величини електроємності конденсаторного накопичувача АК від параметрів графіка активної потужності.

8. Жемеров Г.Г., Ильина О.В. Теория мощности Фризе и современные теории мощности // Електротехніка і електромеханіка. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2007.– №6. – С. 63-65.

Здобувачем виконаний аналіз протиріч співвідношень теорії потужності Фрізе.

9. Жемеров Г.Г., Ильина О.В. Расчет параметров емкостного накопителя энергии компенсатора пульсаций мгновенной активной мощности \\ Электричество. – М., 2008.– №1. – С. 54-59.

Здобувачу належить визначення ККД системи електропостачання з АК і ємнісним накопичувачем.

10. Жемеров Г. Г., Ильина Н. А., Ильина О.В. Взаимосвязь между модулем мгновенной реактивной мощности и КПД системы электроснабжения // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕДНАНУ. – 2008. –Тематичний вип., ч. 4. – С. 31-36.

Здобувачем одержано залежності миттєвого ККД від миттєвого коефіцієнта потужності.