9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 6.

На рис. 6 и 7 представлены результаты модели-

рования в программе PSpice для жесткого и мягкого

режимов, соответственно (цифрой 1 обозначенна

временная зависимость напряжения на ключе, циф-

рой 2 – зависимость тока)

Рис. 7.

Благодаря наличию двух трансформаторов, ра-

ботающих противофазно, обеспечивается

эффективное уменьшение уровня выходных

пульсаций, характерное для многофазных систем. На

выходе преобразователя происходит сложение токов,

снимаемых со вторичных обмоток. Пульсации сум-

марного тока оказываются во много раз меньше

пульсаций слагаемых токов. Это дает возможность

во многих случаях вообще отказаться от выходного

дросселя, или же значительно уменьшить габариты и

стоимость выходного фильтра.

Поскольку трансформаторы работают в несим-

метричном режиме и постоянная составляющая тока

намагничивания для каждого из них соизмерима с

входным током, для предотвращения насыщения

необходимо вводить немагнитный зазор в конструк-

цию трансформаторов. При этом схема становится

нечувствительной к одностороннему намагничива-

нию, и не требует применения разделительных кон-

денсаторов в цепи первичных обмоток.

Рассмотренная схема двухтрансформаторного

моста с фазовым управлением является компромисс-

ным решением. К ее недостаткам следует отнести

увеличение обратного напряжения, воздействующе-

го на выходные диоды, а также увеличение длины

обмоток трансформаторов (что является следствием

снижения эффективной магнитной проницаемости

при введении зазоров). Однако, как показал прове-

денный анализ, именно при построении мощных ис-

точников питания, а особенно преобразователей,

рассчитанных на изменение входных и выходных

параметров, двухтрансформаторная мостовая схема с

фазовым управлением представляется весьма пер-

спективным решением. Ее применение позволяет

улучшать выходные параметры источников вторич-

ного электропитания, снижать уровень производи-

мых во время работы помех без увеличения габари-

тов и стоимости. Расширение диапазона рабочих

режимов, при которых сохраняется «мягкая» комму-

тация, может оказаться крайне полезным для работы

в условиях нестабильного входного напряжения,

например, для удаленных потребителей электроэнер-

гии.

Литература

1. Мелешин В.И. Транзисторная преобра-

зовательная техника. М.: Техносфера, 2005.

2. Гусев Б., Овчинников Д. Транзисторный

двухтрансформаторный мостовой преобразователь

постоянного напряжения // Силовая электроника,

2005, №2, с. 48-52.

USING TWO TRANSFORMER BRIDGE CIRCUITS WITH PHASE SHIFT

FOR A HIGH POWER SWITCHING CONVERTER TO REDUCE LOSSES

AND IMPROVE PARAMETERS EMC

А.

М.

OBRESHOV

USSIA

OHAMMED

ALEH

USSIA

YBOY

ABENKO

USSIA

Voronezh State University, dyboy_a@mail.ru

In high power switching converter designing, there

are a number of negative factors that significantly com-

plicate the design or Prevent achievement theoretically

Desired parameters. Switching high currents and volt-

ages leads to formation of intense electrical and electro-

magnetic interference. Such interference does not only

affect the operation of the adjacent radio-electronic in-

struments but often prevents normal work of switching

regulator itself. With increase the transformed power, the

nonlinear dynamic losses increase at the time when the

switching process is occurring in the power switching

elements.

In case of use a Dual endings transformer with high

operating currents, greatly increased the needing of sym-

metric operation for drive control circuits and stability of

power switches parameters. Violation of this symmetric

operation can lead to a unilateral magnetic saturation,

which implies a sharp decrease in the magnetization in-

ductance of the transformer. The consequence is a failure

of the power switches. To ensure that an acceptable level

of output ripple at high output currents often require to

use of the output filter with size and cost depending on

the converter itself. To implement converters with an

output of more than 1kW, usually used bridge circuits

with a phase shift this type of topology significantly re-

duce or virtually eliminate switching losses. But this

circuit does not provide a solution to other equally im-

portant issues that Mentioned above.

We investigated the variation of the bridge circuit

with a phase shift containing two series-connected power

transformers (Fig. 1).

Fig. 1.

The purpose of using this type of circuit is that,

each of the transformers operating in the nonsymmetrical

mode and thus the magnetizing inductance which is usu-

ally the parasitic parameters in this circuit can be used as

part of the output filter. Furthermore, connection the

transformers in antiphase status reduce the level of out-

put ripple especially in multiphase systems. In some

cases, especially when the requirements for the ripple are

not very high, circuit can operate without an output in-

ductor. In the other cases the cost and size of the output

filter elements can be reduced.

Analysis, as well as the modeling of the two trans-

former bridge circuit with phase shift did not achieve the

ideal situation, but it has a positive Properties. It was

found that the considered circuit not affected by the satu-

ration effect of unilateral. At the same time, it provides

preserving soft switching when changing the duty-cycle

over a wide range. Exceeding the specified parameters of

other well-known ways to implement bridge with phase

shift since this property prevents the occurrence of in-

tense noise during control and during transients. It can be

considered as a factor in ensuring electromagnetic com-

patibility.

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ АТТЕСТАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЫСОКОГО ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТАЛОНА-ТН

В.

НЯЗЕВ

КРАИНА

Ю.

С.

ЕМЧЕНКО

КРАИНА

В.

И.

РАВЧЕНКО

КРАИНА

И.

П.

ЕСНОЙ

КРАИНА

НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ», e-mail: knyaz2@i.ua

Аннотация. Описана конструкция и метрологические характеристики Эталона единицы высокого

импульсного напряжения (Эталон-ТН). Рассмотрены результаты его использования для определения

формы и времени нарастания переходной характеристики пяти типов средств измерения высоких

импульсных напряжений различной конструкции.

Abstract. A construction of the Standard sample for high impulse voltage and its metrological

characteristics are described. The results of its using for estimation of form and rise time of transfer

characteristic for five different types of voltage dividers are considered.

Введение

Мировая практика метрологической

аттестации (МА) средств измерения высоких

импульсных напряжений, обычно это делители

напряжения различного типа (ДН), заключается в

обязательном экспериментальном определении:

- формы и временных параметров переходной

характеристики (ПХ) и особенно времени

нарастания ПХ (

ÏÕ

), как определяющего

скоростные возможности ДН;

- коэффициента деления

ÂÍ

на высоком

импульсном напряжении.

При этом ПХ ДН определяется при помощи

специальных генераторов единичных скачков

напряжения (ГЕСН), как правило, сравнительно

низковольтных. В то же время,

ÂÍ

определяется

наиболее достоверно на высоком импульсно

напряжении (ВН) при помощи единственного

образцового средства измерения ВН – шаровых

разрядников (ШИР) [1].

Оба этих этапа имеют сложности, особенно при

МА ДН, предназначенных для измерения

импульсов напряжения с амплитудой более 500 кВ,

а именно:

1) такого рода ДН обычно имеют

ÂÍ

≥ 10000,

чтобы можно было подключать к низковольтному

плечу ДН стандартный осциллограф. В этом случае

выходное напряжение ДН при определении ПХ

имеет малую величину (единицы или десятки

милливольт), что в условиях сопровождения

полезного сигнала различного рода шумами, не

позволяет с высокой точностью определять

параметры ПХ;

2) процесс определения

ÂÍ

при помощи ШИР

сложен, так как:

- ШИР для напряжений более 500 кВ должны

иметь диаметр не менее 0,5 м (а лучше 1 – 2 м).

Такие ШИР – это громоздкие, как правило,

стационарные конструкции весом более 500 кг, т.е.

ДН необходимо доставлять к ШИР;

- процедура МА при помощи ШИР заключается

в определении 50 % пробивного напряжения, что

требует продолжительного времени, т.к.

необходимо набрать статистику;

- пробивное напряжение ШИР чувствительно к

влиянию внешних климатических факторов

(давление, влажность, температура окружающей

среды, различного рода излучения);

- погрешность измерения ВН при помощи ШИР

не менее 3 %.

Поэтому для упрощения процедуры МА и

получения более достоверных данных о параметрах

ДН разработан альтернативный метод измерения

ПХ ДН любого вида, а также более точного (менее

3 %) определения

ÂÍ

для ДН с измеряемым

напряжением до 50 кВ [2]. Последнее особенно

важно, т.к. получить от ШИР в этом амплитудном

диапазоне напряжений даже декларируемую

точность очень сложно.

Эталон ТН

Эталон ТН разработан для государственной

метрологической аттестации (МА) средств

измерительной техники (СИТ), которая

осуществляется в органах Госстандарта Украины. В

процессе такой аттестации для импульсных СИТ

определяются форма и временные параметры

переходной характеристики (ПХ), а именно: время

нарастания ПХ (Т

) и длительность спада ПХ (Т

Наиболее сложно определить Т

в наносекундном

диапазоне, т.к., зачастую, это нужно делать на фоне

мощных электромагнитных помех, лежащих в этом

же временном диапазоне.

Данная работа посвящена МА устройств для

измерения импульсов высокого напряжения (УИВН)

на Эталоне-ТН.

Эталон-ТН создан на базе ранее разработанного

и введенного в эксплуатацию Эталона импульсного

электромагнитного поля (Эталон РЭМП). Эталон

РЭМП (рис. 1) аттестован Московским ВНИИ

оптико-физических измерений в качестве вторичного

эталона в соответствии с условиями

межгосударственного стандарта ГОСТ 8.540-2006

[3], и введен в эксплуатацию в 2007 году.

Рис.1. Внешний вид Эталона РЭМП.

В результате длительных исследований

метрологических характеристик Эталона РЭМП

было установлено, что импульсные

электромагнитные поля в Эталоне, и создающие их

импульсные токи и напряжения имеют одинаковую

форму и связаны между собой простейшими

математическими зависимостями. Обоснована

возможность использования Эталона РЭМП для

метрологической аттестации средств измерения

высоких импульсных напряжений (ДН). В этом

случае Эталон РЭМП становится источником единиц

максимальных значений высоких импульсных

напряжений – вольт (В).

Эталон РЭМП имеет два независимых режима

работы: Эталон наносекундных импульсов (Эталон

ЭНИ) и Эталон субнаносекундных импульсов

(Эталон ЭСИ). В качестве Эталона-ТН используется

только режим работы Эталона ЭНИ, выходные

амплитудно-временные характеристики которого

приведены в таблице 1.

Таблица 1. Краткие метрологические

характеристики Эталона-ТН

Наименование

характеристики

Размерность

Значение

1. Амплитудный

диапазон

кВ от 1· до 5·10

2. Длительность

фронта

с 8·10

-9

3. Длительность

импульса

с 0,01

Упрощенная идеологическая схема Эталона-ТН

приведена на рис. 2.

ПЛ

ЭО

ЩВ

Сг – емкость разрядного конденсатора;

Lг – суммарная индуктивность разрядного

контура;

К – высоковольтный коммутатор;

ПЛ-48 – полосковая линия;

Rн – согласующая нагрузка ПЛ;

ЩВ – щуп высоковольтный Р6015А;

И – измеритель СПЕФВ-ЕК;

ЭО - осциллограф Tektronix DPO 4104

Рис. 2 Идеологическая схема Эталона импульсов

высокого напряжения.

Как видно из этого рисунка, заряжаемый до

высокого постоянного напряжения 50 кВ

импульсный источник питания (ИИП) на базе

разрядного конденсатора С

, при помощи

механического коммутатора, заполненного азотом

под давление до 6 атм. (К) разряжается на

согласованную на конце симметричную замкнутую

полосковую линию ПЛ-48. Габариты рабочего

объема ПЛ-48:

− длина - 2 м;

− ширина – 1,5 м;

− расстояние между электродами – 0,48 м.

В качестве образцового средства измерения

импульсов высокого напряжения между электродами

ПЛ применяется или щуп высоковольтный Tektronix

Р6015А (Т

< 4 нс; U

изм

до 40 кВ), или штатный

измеритель напряженности электрического поля

СПЕФВ-ЕК (Т

< 1 нс и Е

изм

до 500 кВ/м). Во втором

случае была аттестована высота межэлектродного

расстояния в ПЛ-48. Для регистрации выходных

сигналов СИТ используется парк цифровых

осциллографов фирмы Tektronix с полосой частот от

100 МГц до 1 ГГц.

Результаты экспериментальных

исследований

Для экспериментального подтверждения

возможностей Эталона ТН, было изготовлено 5

видов ДН различной конструкции с номинальным

напряжением от 6 кВ до 300 кВ. Для этих образцов

определено время нарастания переходной

характеристики и длительности спада ПХ. В

качестве примера на рис. 3 и рис. 4 приведены

осциллограммы выходных напряжений Эталона-ТН

(кривая 1) и ОДН-300 (кривая 2), полученные для

определения времени нарастания ПХ.

Осциллограмма, приведенная на рис. 3, получена при

фронте эталонного напряжения 8 нс, а на рис. 4 – 40

нс. Из осциллограмм видно, что время нарастания

переходной характеристики ОДН-300 составляет ~

100 нс и практически не зависит от величины фронта

эталонного импульса при изменении его в указанном

диапазоне..

Рис.3. Осциллограммы фронтовой части импульса

напряжения между электродами ПЛ-48 (кривая 1)

при Т

= 8 нс и импульса напряжения на выходе

ОДН-300 (кривая 2).

а б

Рис.4 – Осциллограммы фронтовой части импульса

напряжения между электродами ПЛ-48 (кривая 1)

при Т

= 40 нс и импульса напряжения на выходе

ОДН-300 (кривая 2)

На осциллограммах развертка составляет 100 нс

на деление. В результате проведенных исследований

для одного из делителей было установлено

возникновение колебаний на фронте.

Дополнительные меры по демпфированию

позволили устранить этот недостаток. Таким

образом, Эталон СН имеет явные преимущества по

сравнению с традиционными методами аттестации

ДН.

Заключение

1. Результаты проведенных исследований формы

переходных характеристик 5 типов ДН показали, что

Эталон-ТН позволяет получать полную информацию

о метрологических характеристиках делителей

напряжения в диапазоне напряжений от 1 до 50 кВ.

2. Амплитудно-временные параметры Эталона-ТН

позволяют определять коэффициент деления ДН

любых типов с коэффициентом деления до 10000.

Одновременно, определяется форма переходной

характеристики. Таким образом, Эталон-ТН можно

считать эталоном импульсного вольта.

3. Ввиду применения стабилизирующих блоков в

Эталоне-ТН и автоматизированной методики

обработки погрешность измерения амплитудно-

временных параметров, аттестуемых ДН, не

превышает 1%.

Литература

1. IEC 60052:2002 Voltage measurement by means

of standard air gaps

2. Князев В.В., Немченко Ю.С,. Кравченко В.И.,

Лесной И.П. Поиск альтернативных методов

метрологической аттестации средств измерения

высоких импульсных напряжений Сборник докладов

Национального Симпозиума с Международным

участием «Метрология и Метрологическое

Обеспечение 2009», (Созополь, 10-14 Сентября

2009), ТУ – София, Болгария 2009, с. 456-460.

3. ГОСТ 8.540-2006 Государственная

поверочная схема для средств измерения

максимальных значений напряженностей

импульсных электрического и магнитного полей. М:

Издательство стандартов, 2006 г.

СОВМЕСТИМОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

С МАШИНАМИ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ

М.

В.

РОНИН

ОССИЯ

А.

Г.

ОРОНЦОВ

ОССИЯ

Т.

АХДИ

УНИС

ОАО “Силовые машины”,

СПбГЭТУ, nahditarek@mail.ru

Аннотация. Предложена структура гидроаккумулирующая электростанция с машиной двойного пи-

тания (асинхронный генератор-двигатель с фазным ротором), двухуровневым преобразователем час-

тоты с LC- фильтром в цепи ротора и пусковым устройством. Построена компьютерная модель, вы-

полнен анализ режимов работы, подтверждена работоспособность системы. Даны рекомендации по

разработке преобразователя.

Abstract. A structure of a pumped-storage station with a doubly-fed induction machine (asynchronous gen-

erator-motor with a phase rotor), a two-level converter of frequency with LC - filter in the circuit of the rotor

and a starting arrangement are offered. A computer model is constructed, the analysis of operating modes is

performed, working capacity of system is confirmed. Recommendations about converter designing are

given.

Введение

Высокая стоимость энергоносителей и ожидае-

мое увеличение её приводят к необходимости повы-

шения КПД оборудования, более эффективного ис-

пользования источников энергии. В этом отношении

большое значение имеет применение частотно-

регулируемых систем, к которым можно отнести

комплексы с машинами двойного питания [8–10] и

активными полупроводниковыми преобразователями

(ПЧ) в цепи ротора. Одним из применений таких

комплексов являются гидроаккумулирующие элек-

тростанции (ГАЭС) [1–7], в которых используются

асинхронные машины с фазным ротором мощностью

до нескольких сотен мегаватт. Эти машины можно

рассматривать как асинхронные генераторы-

двигатели (АГД) которые являются машинами двой-

ного питания. Мощность ПЧ в цепи ротора этих ма-

шин достигает десятков мегаватт.

На действующих ГАЭС в цепи ротора АГД во

многих случаях используется тиристорные преобра-

зователи частоты с непосредственной связью (НПЧ)

2, 3. НПЧ имеют низкое значение cosφ. Габаритная

мощность НПЧ и согласующих трансформаторов

достигает 30% мощности АГД. Для компенсации

реактивной мощности применяются фильтрокомпен-

сирующие устройства (ФКУ). В настоящее время

преобразователи частоты могут быть выполнены

полностью управляемыми 1, 5, 11. Габаритная мощ-

ность преобразователей и трансформаторов может

быть уменьшена в несколько раз, ФКУ могут быть

исключены.

Основными задачами данных исследований яв-

ляются: разработка структуры силовой схемы ГАЭС

с АГД и двухуровневым ПЧ с LC-фильтром между

ПЧ и ротором генератора-двигателя, создание комь-

ютерной модели, анализ режимов работы ГАЭС.

Структурная схема ГАЭС

Схема ГАЭС с АГД, турбиной (Т), двухуровне-

вым ПЧ с LC-фильтром между ПЧ и ротором и то-

коограничивающим реактором, тиристорным пуско-

вым устройством (ПУ) в цепи статора представлена

на рис.1.

Рис.1. Схема ГАЭС с АГД и ПЧ

в цепи ротора.

Обмотка статора АГД подключается к энерго-

системе через ПУ или выключатель. Обмотка ротора

подключается к ПЧ, который через трансформатор

подключается к энергосистеме. АГД снабжен датчи-

ком положения ротора (ДПР). Особенностью систе-

мы является то, что ПЧ в цепи ротора выполняется

двухуровневым с LC-фильтром.

Использование LC-фильтров связано с появле-

нием падения напряжения на индуктивностях фильт-

ров и с необходимостью увеличения выпрямленного

напряжения ПЧ.

ПЧ содержит активный выпрямитель АВ, авто-

номный инвертор напряжения АИН.

Тиристорное ПУ содержит выпрямитель В, за-

висимый инвертор И, сглаживающий реактор L

токоограничивающие реакторы L

и L

в фазах вы-

прямителя 11, 12. Защитное устройство содержит

резисторы и встречно-параллельно включенные ти-

ристоры в каждой фазе обмотки ротора.

Модели АГД, ПУ, ПЧ и ГАЭС

Математическое описание АГД, ПУ, ПЧ и систе-

мы в целом выполнено при представлении системы в

виде подсистем, взаимосвязанных зависимыми источ-

никами напряжения и тока. Примеры построения по-

добных моделей приведены в публикациях 11-[12].

Пуск АГД

Анализ режимов работы ГАЭС осуществлялся

для следующего оборудования. В режиме генератора

АГД имеет P=274 МВт, cosφ=0,85, U=15,75 кВ,

f=50 Гц, коэффициент приведения параметров рото-

ра к статору 5, L

=0,18 о.е., L

=0,17 о.е.,

=1,62 о.е., момент сопротивления на валу при пус-

ке 7 %, выпрямленный ток ПУ 2500 А. Момент

инерции, приведенный к двухполюсному исполне-

нию ротора 6 т·м2.

На рис.2 представлен результат расчета пуска

АГД.

Рис.2. Пуск АГД в целом

при использовании ПЧ и ПУ.

На рис.2 изображены токи статора и ротора

АГД, магнитный поток в зазоре, электромагнитный

момент, активная и реактивная мощности энергосис-

темы, частота вращения АГД. В момент времени t

начинается пуск АГД от ПУ. До момента t

ПУ рабо-

тает при искусственной коммутации тока в тири-

сторном инверторе за счет выпрямителя. ПЧ создает

постоянные токи в фазах ротора. Разгон АГД осуще-

ствляется соответственно заданному ускорению. В

момент t

ЭДС АГД достаточна для перевода инвер-

тора ПУ в режим естественной коммутации. Далее

разгон осуществляется при естественной коммута-

ции тока в инверторе ПУ. В момент t

ротор достига-

ет заданной частоты вращения и далее работает при

постоянной частоте. В момент t

частоты напряже-

ния АГД и энергосистемы, их действующие напря-

жения и фазы приблизительно равны, условия син-

хронизации АГД с сетью созданы, формируются ко-

манды на включение ЗУ, на гашение токов ПУ и на

подключение АГД непосредственно к сети. После

синхронизации АГД с сетью до момента t

увеличи-

вается нагрузка АГД при его работе в двигательном

режиме с номинальной частотой вращения.

Регулирование частоты вращения АГД

Диаграмма работы системы при регулировании

скольжения АГД представлена на рис.3. На диа-

грамме изображены токи фаз ротора АГД, магнит-

ный поток в воздушном зазоре, частота вращения и

электромагнитный момент АГД, активная и реактив-

ная мощности энергосистемы, активная мощность в

цепи ротора, токи фазы вторичных обмоток транс-

форматора.

Рис.3. Регулирование частоты

вращения АГД.

На рис.3 с момента времени t

до t

частота вра-

щения ротора 100%, активная мощность энергосисте-

мы 274 МВт, реактивная мощность 90 МВА. С мо-

мента t

до t

(5 c) частота вращения увеличивается до

107 %. Активная мощность ПЧ увеличивается до

19 МВт и передается из сети ротору. На интервале

времени t

-t

частота вращения ротора постоянная

107 %. С момента t

до t

(10 с) частота вращения

снижается до 93 %. Активная мощность ПЧ изменяет-

ся до -19 МВт и передается из ротора в сеть. На ин-

тервале времени t

-t

частота вращения ротора посто-

янная 93 %. С момента t

до t

(5 с) частота вращения

возрастает до 100% и далее остается неизменной.

В рассмотренных режимах работы ГАЭС двух-

уровневый ПЧ с LC-фильтром в цепи ротора АГД

обеспечивает передачу энергии из сети в ротор АГД и

в обратном направлении. Мощность ПЧ изменяется в

пределах ±19 МВт, что соответствует мощности АГД

и пределам изменения частоты вращения ротора.

При указанных изменениях режима работы АГД

токи в роторе регулируются по частоте и имеют

приблизительно постоянную амплитуду 3200 А. По-

токосцепление воздушного зазора Ψ

приблизитель-

но постоянно.

Установившишся режим АГД

На рис.4 представлена диаграмма токов и на-

пряжений ПЧ в номинальном режиме работы.

Из рис.4 видно, что двухуровневый ПЧ с LC-

фильром позволяет создать на выходе трехфазную

сислему токов синусоидальной формы. При этом ПЧ

потребляет из сети токи также синусоидальной фор-

мы при коэффициенте мощности, близком к 1.

Рис.4. Токи и напряжения ПЧ в номинальном

режиме работы.

Применение фильтров в схеме 1 позволяет ре-

шить проблему качества электроэнергии на входе и

выходе ПЧ, но влечет за собой падение напряжения

на индуктивностях фильтров, повышение выпрям-

ленного напряжения ПЧ и, вследствие этого, увели-

чение мощности и стоимости полупроводниковых

приборов, габаритов и стоимости конденсаторов.

Кроме того, количество емкостей в системе увеличи-

вается вследствие использования их в фильтрах.

Заключение

1. Предложена схема ГАЭС с асинхронным ге-

нератором-двигателем с фазным ротором (машина

двойного питания), отличающаяся тем, что в цепи

ротора используется двухуровневый преобразова-

тель частоты с LC-фильтром.

2. Анализ электромеханических процессов по-

казал, что двухуровневый ПЧ с токоограничиваю-

щим реактором и LC-фильтром работает с допусти-

мыми искажениями напряжений сети и позволяет

формировать напряжения и токи ротора АГД с ми-

нимальными искажениями. При этом он обеспечива-

ет все требуемые режимы работы ГАЭС.

3. Предложенные структура ГАЭС, модель

асинхронизированного генератора-двигателя могут

быть использованы в проектируемых ГАЭС.

Литература

1. Janning J., Schwery A. Next generation vari-

able speed pump-storage stations / EPE 2009, Barcelona,

Spain.

2. Bocquel A., Janning J. 4*300 MW Variable

Speed Drive for Pump-Storage Plant Applications / EPE

2003 – Toulouse, Fr.

3. Bocquel A., Janning J. Analysis of a 300 MW

Variable Speed Drive for Pump-Storage Plant Applica-

tions / EPE 2005, Dresden, Germ.

4. Pumped Storage Power Station with Adjustable

Speed Pumped Storage Technology / Mitsubishi Electric

Corporation, Feb, 2008.

5. Nicolet C., Pannatier Y., Kawkabani B.,

Schwery A., Avellan F., Simond J-J. Benefits of variable

speed pumped storage units in mixed Islanded power

network during transient operation / Hydro 2009, Lyon,

France.

6. Aguro K., Kato M., Kishita F., Machino T.,

Mukai K., Nagura O., Sekiguchi S., Shiozaki T. Rich

operation experiences and new technologies on adjust-

able speed pumped storage systems in JAPAN / CIGRE

2008, A1-101, Paris.

7. Kuwabara T., Shibuya A., Furuta H., Kita E.,

Mitsuhashi K. Design and dynamic response characteris-

tics of 400 MW adjustable speed pumped storage unit

for Ohkawachi power station / IEEE Transactions on

Energy Conversion, Vol.11, №. 2, June 1996.

8. Saiju R, Koutnik J, Krueger K. Dynamic

Analysis of Start-up Strategies of AC Excited Double

Fed Induction Machine for Pumped Storage Power Plant

/ EPE 2009, Barcelona, Spain.

9. Simond J. J., Schafer D. Adjustable speed asyn-

chronous machine in hydro power plants and its the elec-

tric grid stability / CIGRE 1998.

10. Wegener R., Soter S., Rosmann, T. Operation

of Double Fed Induction Generators with Unmodified

Low Cost Standard Converters / Power Electronics Spe-

cialists Conference, 18-22 June 2006. PESC 06. 37th

IEEE. P 3 – 4.

11. Pronin M. V., Voronsov A. G., Nahdi. T. A

storage plant with a synchronised synchronous machine

and with cascade converter / Izvectiya SPB “LETI”

(ETY), Vol.1, 2011.

12. Drobkin B. Z., Karzunov R. A., Krutyakov Y.

A., Pavlov P. A., Pronin M. V. High-voltage thyristor

frequency converters JJSC “Electrosila” / Electrotech-

nika, Vol.5, 2005. P 30 – 34.

13. Pronin M., Vorontsov A. Dependence of cur-

rent pulsations of multi-phase electrical machine on re-

duction of winding pitch and scheme of semiconductor

converter / EPE-PEMC 2006, Portoroz, Slovenia.

14. Pronin M., Shonin O., Koskin Y., Vorontsov

A., Kalatchikov P. A Model of Semiconductor Con-

verter-Fed Asynchronous Machines Taking into Account

Energy Losses and Thermal Processes / EPE-PEMC

2008, Poznan, Pol. –С. 852-859.

COEXISTENCE OF FREQUENCY CONVERTERS

WITH DOUBLY FED INDUCTION MACHINES

RONIN

USSIA

ORONTSOV

USSIA

AHDI

UNISIA

JSC “Power Mashines”,

SPbSETU, nahditarek@mail.ru

High cost of energy carriers and its increase lead to

necessity of more effective utilization of restarted energy

sources. In this direction the great value has building of

pumped-storage stations (PSS). Aggregates PSS contain

reversible water turbines and generator-motors. In many

power stations generator-motors (GM) are made with a

phase rotor. These machines can be considered as asyn-

chronous (AGM) or of a doubly Fed Induction machine

(DFIM). Frequency change of current of the rotor AGM

allows changing speed rotation for increase of the

coefficient of efficiency PSS. Requirements to

distributor turbine (DT), regulating the water

expenditure thus decrease. AGM, regulated by

transformers in a rotor circuit, are also used for increase

of stability of power network.

In operating PSS in the circuit of rotor AGM in

many cases thyristor frequency converters of direct cou-

pled are used (CDC). CDC have low cos φ. Dimensional

power CDC and matching transformers reaches 30 % of

power AGM. Filtro-compensating devices (FCD) are

applied for reactive power compensation.

Now frequency converters in a circuit of rotor AGM

can be constructed completely controlled. Overall power

of converters and transformers can be reduced several

times, FCD can be eliminated. In constructed PSS the

system with CDC is used in the core. Researches are

necessary for their implementation and substantiation.

The purpose of research is the Design of structural

arrangement of equipment PSS, creation of computer

model, analysis of operation modes of the pumped-

storage stations.

According to tasks in view the structure PSS Fig. 1

with Asynchronised Generator-Motor (AGM), Turbine

(T), Transistor Frequency Converter (TC) in a rotor cir-

cuit, Thyristor Starting Arrangement (TS) in a circuit of

the stator and a Protection Equipment (PE) in a rotor

circuit are considered. Stator AGM winding is connected

to a power network through TS or breaker. The rotor

winding is connected to TC which through the trans-

former (Tr) is connected to a power network. AGM is

supplied by the Sensor of Position of the rotor (SRP).

The system singularity is that the TC in a rotor circuit is

made two-level with LC-filter.

Use of LC-filter is connected with voltage loss oc-

curring on inductances of filters and with necessity of

increase of rectifier`s voltage of TC.

TC contains an active rectifier AR, an inverter of

voltage AI.

Fig. 1 Structural arrangement of a PSS.

Thyristor TS contains a rectifier (R), a dependent

inverter (I) and, smoothing reactor L

and current-

limiting reactors L

and L

in phases of the rectifier .

Mathematical description of AGM, TS, TC and sys-

tems as a whole is fulfilled using representation of the

system in the form of subsystems interconnected by de-

pendent voltage sources and current.

Fig. 2. Start-up of AGM.

The analysis of electromechanical processes (for

example star-up of AGM) has shown that two-level fre-

quency converter with a current-limiting reactor and a

LC-filter works with admissible distortions of voltage of

a network and allows forming voltage and currents of

rotor AGM with the minimum distortions. Thus it pro-

vides all demanded operating modes PSS.

Offered structure arrangement of PSS and model

AGM (DFIM) can be used in projected of PSS.

ОЦЕНКА УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ НА ПОДСТАНЦИЯХ

ГОРОДА КУРГАНА ВБЛИЗИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ 6(10) кВ

А.

И.

ИДОРОВ

ОССИЯ

А.

В.

ОРЖОВ

ОССИЯ

О.

М.

АЛЫШЕВА

ОССИЯ

Южно-Уральский государственный университет, e-mail: olgusiy@mail.ru

Аннотация. В статье приводятся результаты измерения уровней электрического и магнитного полей

в распределительных устройствах 6(10) кВ на подстанциях города Кургана. В процессе работы было

проведено более 2000 замеров, определены зоны, опасные с точки зрения воздействия магнитного

поля на обслуживающий персонал. С учётом полученных результатов предложены рекомендации в

действующие стандарты.

Abstract. The results of electric and magnetic fields levels measuring operation in distributing gears

6(10) kV at Kurgan electric power substations are presented in the article. During the work more than 2000

measurements were done and dangerous areas in relation of magnetic component of EMF influence to main-

tenance personnel were determined. The complementary recommendations were proposed for including to

current standards taking into account the results of measuring operation.

Введение

Электромагнитное поле (ЭМП) является одним

из негативных эксплуатационных факторов, дейст-

вующих на персонал, обслуживающий электроуста-

новки [1].

На территории распределительных устройств

(РУ) 6(10) кВ находится оперативный персонал, ко-

торый осуществляет обслуживание электроустано-

вок в смене и оперативно-ремонтный персонал, спе-

циально обученный и допущенный к производству

переключений в электроустановках.

Нами были проведены измерения электромаг-

нитных полей на 11 подстанциях города Кургана на-

пряжением 110/6(10) кВ и 35/6 кВ. Измерения прово-

дились в распределительных устройствах напряжени-

ем 6(10) кВ типа К-37, К-12, К-27, К-47, К-59. Всего за

время работы было сделано более 2000 замеров.

Контроль уровня ЭМП в производственных

условиях

Санитарно-эпидемиологическими правилами и

нормативами СанПиН 2.2.4.1191-03 предписывается

оценку электромагнитных полей промышленной

частоты (50 Гц) в производственных условиях осу-

ществлять раздельно по напряжённости электриче-

ского поля (Е) в кВ/м, напряжённости магнитного

поля (Н) в А/м или индукции магнитного поля (В) в

мкТл [2]. Контроль уровней ЭМП частотой 50 Гц

должен осуществляться во всех зонах возможного

нахождения человека при выполнении им работ, свя-

занных с эксплуатацией и ремонтом электроустано-

вок. Измерения должны проводиться на высоте 0,5;

1,5 и 1,8 м от поверхности пола помещения и на рас-

стоянии 0,5 м от оборудования и конструкций, стен

зданий и сооружений. Хотя обслуживающий персо-

нал при осмотрах, оперативных переключениях и ре-

монтных работах может приближаться к оборудова-

нию на расстояние ближе, чем 0,5 м, что, на наш

взгляд, необходимо учитывать при проведении заме-

ров. Измерения и расчёт напряжённости (индукции)

магнитного поля промышленной частоты должны

производиться при максимальном рабочем токе элек-

троустановки, или измеренные значения должны пе-

ресчитываться на максимальный рабочий ток (I

max

)

путем умножения измеренных значений на отношение

max

/I, где I – ток электроустановки при измерениях.

Методика проведения измерений

Подстанции, на которых проводились замеры,

различаются по конструкции распределительных

устройств 6(10) кВ, характеру потребителей и вели-

чине нагрузок, что оказало влияние на результаты

измерений.

Все комплектные распределительные устройст-

ва (КРУ) следует по конструкции разделить на два

типа: РУ, в которых ячейки с электрооборудованием

расположены вплотную к стене сооружения, и РУ, в

которых между задней частью ячейки и стеной со-

оружения имеется проход шириной 1 – 1,7 м, обычно

под этим проходом располагается кабельный канал.

Наибольший интерес представляют распредели-

тельные устройства второго типа, так как токоведу-

щие части электроустановок находятся в задней час-

ти ячейки. Измерения в таких РУ проводились в ос-

новном в проходах между ячейками и стеной соору-

жения в следующих точках: непосредственно у ячей-

ки на высоте 0,5; 1,5 и 1,8 м относительно уровня

пола и на расстоянии 0,5 м от ячейки на высоте 0,5;

1,5 и 1,8 м относительно уровня пола.

В ходе эксперимента было обследовано одно за-

крытое распределительное устройство (ЗРУ) 6 кВ,

занимающее 3 этажа, электрооборудование в данном