Автономная электроэнергетическая система на основе синхронного генератора с постоянными магнитами
Ключевые слова:
автономная электроэнергетическая система, синхронный генератор с постоянными магнитами, аккумуляторная батарея, обратимый преобразователь, активный выпрямитель напряжения, автономный инвертор напряжения, система автоматического регулирования
Аннотация
В статье рассматривается автономная электроэнергетическая система с синхронным генератором с постоянными магнитами, аккумуляторной батареей и статическим обратимым преобразователем. Автономная система имеет трансформаторную гальваническую развязку между сетями переменного и постоянного напряжения. Преобразователь работает в двух режимах: выпрямительном (генератор в работе) и инверторном (генератор выведен из работы). В выпрямительном режиме преобразователь работает как активный выпрямитель напряжения, осуществляющий заряд (подзаряд) аккумуляторной батареи и стабилизацию напряжения генератора, формируя основную сеть. В инверторном режиме преобразователь работает как автономный инвертор напряжения, формируя резервную сеть. На основе анализа структур автономной электроэнергетической системы выбраны ее два рациональных варианта с наименьшей токовой нагрузкой преобразователя. Один вариант структуры, кроме преобразователя, содержит дополнительное подмагничивающее устройство, стабилизирующее напряжение генератора, и имеет напряжение сети постоянного тока 250±75 В. Другой вариант не содержит дополнительного подмагничивающего устройства и имеет напряжение сети постоянного тока 600–640 В. Для обоих вариантов с использованием компьютерного моделирования проведено исследование режимов работы системы автоматического регулирования при стабилизации напряжения генератора и заряде аккумуляторной батареи.
Литература
1. Харитонов С.А. и др. Стабилизация напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной нагрузке. – Доклады ТУСУР, 2012, № 1(25), с. 139–146.
2. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000, 654 с.
3. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново: ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2008, 298 с.
4. Калачев Ю.Н., Александров А.Г. Преобразователи автономных источников электроэнергии. М.: ДМК Пресс, 2021, 80 с.
5. Новожилов М.А., Пионкевич В.А. Разработка и исследование математических моделей трехфазных мостовых выпрямителей и инверторов. – Вестник Иркутского государственного технического университета, 2019, № 23(3), с. 553–574.
6. Upamanyu K., Ameta C., Narayanan G. Simplified Input Volta-ge Sensorless Vector Control for PWM Rectifiers. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2020, DOI: 10.1109/TIA.2020.2992955.
7. Suhara E.M., Nandakumar M. Voltage Oriented Control of Three Phase PWM Rectifier with Bus Clamped Space Vector PWM. – IEEE International Conference on Power, Instrumentation, Control and Computing (PICC), 2015, DOI: 10.1109/PICC.2015.7455788.
8. Khan D. et al. A Resonant Damping Control and Analysis for LCL-Type Grid-Connected Inverter. – Energy Reports, 2022, vol. 8 (12), pp. 911–928, DOI: 10.1016/J.EGYR.2021.11.273.
9. Suraj G.O., Trivedi N. Comparative Analysis of PWM Based Front End Rectifier with Different Modulation Techniques. – IEEE 5th International Conference for Convergence in Technology (I2CT). 2019, DOI: 10.1109/I2CT45611.2019.9033862.
10. Hoang T.T.G. et al. Fractional Proportional Integral Controller Applied into Two Parallel 3-Phase PWM Rectifiers. – IEEE 2nd Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC), 2017, DOI: 10.1109/IAEAC.2017.8053966.
11. Радионов А.А., Маклаков А.С., Маклакова К.А. Энергосберегающее управление активным двунаправленным преобразователем частоты в составе мощных электроприводов переменного тока. – ЭППТ 2015, Екатеринбург, 2015, с. 45–49.
12. Микитченко А.Я. и др. Исследование режимов активного выпрямителя в транзисторном электроприводе постоянного и переменного тока. – Электротехника, 2010, № 7, с. 52–57.
13. Шевырёва Н.Ю. Повышение качества электроэнергии при электроснабжении буровых установок с частотно-регулируемым электроприводом: дис. … канд. техн. наук. М., 2016, 173 с.
14. Шевырёва Н.Ю. и др. Система автоматического регулирования напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами на основе активного выпрямителя напряжения. – Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, 2021, т. 181, № 2, с. 10–17.
15. Копылова Д.С. Математическая модель аккумуляторных батарей: магистерская диссертация. Тольятти, 2016, 89 с.
#
1. Haritonov S.А. et al. Doklady TUSUR – in Russ. (TUSUR Reports), 2012, No. 1(25), pp. 139–146.
2. Shreyner R.Т. Matematicheskoe modelirovanie elektroprivodov peremennogo toka s poluprovodnikovymi preobrazovatelyami chastoty (Mathematical Modeling of AC Electric Drives with Semiconductor Frequency Converters). Ekaterinburg: URO RAN, 2000, 654 p.
3. Vinogradov А.B. Vektornoe upravlenie elektroprivodami peremennogo toka (Vector Control of AC Electric Drives). Ivanovo: GOUVPO «Ivanovskiy gosudarstvennyy energeticheskiy universitet imeni V.I. Lenina», 2008, 298 p.
4. Kalachev Yu.N., Aleksandrov A.G. Preobrazovateli avtonom-nyh istochnikov elektroenergii (Converters of Autonomous Power Sources). М.: DMK Press, 2021, 80 p.
5. Novozhilov M.A., Pionkevich V.А. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of Irkutsk State Technical University), 2019, No. 23(3), pp. 553–574.
6. Upamanyu K., Ameta C., Narayanan G. Simplified Input Voltage Sensorless Vector Control for PWM Rectifiers. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2020, DOI: 10.1109/TIA.2020.2992955.
7. Suhara E.M., Nandakumar M. Voltage Oriented Control of Three Phase PWM Rectifier with Bus Clamped Space Vector PWM. – IEEE International Conference on Power, Instrumentation, Control and Computing (PICC), 2015, DOI: 10.1109/PICC.2015.7455788.
8. Khan D. et al. A Resonant Damping Control and Analysis for LCL-Type Grid-Connected Inverter. – Energy Reports, 2022, vol. 8 (12), pp. 911–928, DOI: 10.1016/J.EGYR.2021.11.273.
9. Suraj G.O., Trivedi N. Comparative Analysis of PWM Based Front End Rectifier with Different Modulation Techniques. – IEEE 5th International Conference for Convergence in Technology (I2CT). 2019, DOI: 10.1109/I2CT45611.2019.9033862.
10. Hoang T.T.G. et al. Fractional Proportional Integral Controller Applied into Two Parallel 3-Phase PWM Rectifiers. – IEEE 2nd Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC), 2017, DOI: 10.1109/IAEAC.2017.8053966.
11. Radionov A.A., Maklakov A.S., Maklakova К.А. EPPT 2015 – in Russ. (EPT 2015), Ekaterinburg, 2015, pp. 45–49.
12. Mikitchenko A.Ya. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2010, No. 7, pp. 52–57.
13. Shevyryova N.Yu. Povyshenie kachestva elektroenergii pri elektrosnabzhenii burovyh ustanovok s chastotno-reguliruemym elektroprivodom: dis. … kand. tekhn. nauk (Improving the Quality of Electricity in the Power Supply of Drilling Rigs with a Frequency-Controlled Electric Drive: Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). М., 2016, 173 p.
14. Shevyryova N.Yu. et al. Voprosy elektromekhaniki. Trudy VNIIEM – in Russ. (Questions of Electromechanics. Proceedings of VNIIEM), 2021, vol. 181, No. 2, pp. 10–17.
15. Kopylova D.S. Matematicheskaya model' akkumulyatornyh batarey: magisterskaya dissertatsiya (Mathematical Model of Batteries: Master's Thesis). Tol'yatti, 2016, 89 p.
2. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000, 654 с.
3. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново: ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2008, 298 с.
4. Калачев Ю.Н., Александров А.Г. Преобразователи автономных источников электроэнергии. М.: ДМК Пресс, 2021, 80 с.
5. Новожилов М.А., Пионкевич В.А. Разработка и исследование математических моделей трехфазных мостовых выпрямителей и инверторов. – Вестник Иркутского государственного технического университета, 2019, № 23(3), с. 553–574.
6. Upamanyu K., Ameta C., Narayanan G. Simplified Input Volta-ge Sensorless Vector Control for PWM Rectifiers. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2020, DOI: 10.1109/TIA.2020.2992955.
7. Suhara E.M., Nandakumar M. Voltage Oriented Control of Three Phase PWM Rectifier with Bus Clamped Space Vector PWM. – IEEE International Conference on Power, Instrumentation, Control and Computing (PICC), 2015, DOI: 10.1109/PICC.2015.7455788.
8. Khan D. et al. A Resonant Damping Control and Analysis for LCL-Type Grid-Connected Inverter. – Energy Reports, 2022, vol. 8 (12), pp. 911–928, DOI: 10.1016/J.EGYR.2021.11.273.
9. Suraj G.O., Trivedi N. Comparative Analysis of PWM Based Front End Rectifier with Different Modulation Techniques. – IEEE 5th International Conference for Convergence in Technology (I2CT). 2019, DOI: 10.1109/I2CT45611.2019.9033862.
10. Hoang T.T.G. et al. Fractional Proportional Integral Controller Applied into Two Parallel 3-Phase PWM Rectifiers. – IEEE 2nd Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC), 2017, DOI: 10.1109/IAEAC.2017.8053966.
11. Радионов А.А., Маклаков А.С., Маклакова К.А. Энергосберегающее управление активным двунаправленным преобразователем частоты в составе мощных электроприводов переменного тока. – ЭППТ 2015, Екатеринбург, 2015, с. 45–49.
12. Микитченко А.Я. и др. Исследование режимов активного выпрямителя в транзисторном электроприводе постоянного и переменного тока. – Электротехника, 2010, № 7, с. 52–57.
13. Шевырёва Н.Ю. Повышение качества электроэнергии при электроснабжении буровых установок с частотно-регулируемым электроприводом: дис. … канд. техн. наук. М., 2016, 173 с.
14. Шевырёва Н.Ю. и др. Система автоматического регулирования напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами на основе активного выпрямителя напряжения. – Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, 2021, т. 181, № 2, с. 10–17.
15. Копылова Д.С. Математическая модель аккумуляторных батарей: магистерская диссертация. Тольятти, 2016, 89 с.
#
1. Haritonov S.А. et al. Doklady TUSUR – in Russ. (TUSUR Reports), 2012, No. 1(25), pp. 139–146.
2. Shreyner R.Т. Matematicheskoe modelirovanie elektroprivodov peremennogo toka s poluprovodnikovymi preobrazovatelyami chastoty (Mathematical Modeling of AC Electric Drives with Semiconductor Frequency Converters). Ekaterinburg: URO RAN, 2000, 654 p.
3. Vinogradov А.B. Vektornoe upravlenie elektroprivodami peremennogo toka (Vector Control of AC Electric Drives). Ivanovo: GOUVPO «Ivanovskiy gosudarstvennyy energeticheskiy universitet imeni V.I. Lenina», 2008, 298 p.
4. Kalachev Yu.N., Aleksandrov A.G. Preobrazovateli avtonom-nyh istochnikov elektroenergii (Converters of Autonomous Power Sources). М.: DMK Press, 2021, 80 p.
5. Novozhilov M.A., Pionkevich V.А. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of Irkutsk State Technical University), 2019, No. 23(3), pp. 553–574.
6. Upamanyu K., Ameta C., Narayanan G. Simplified Input Voltage Sensorless Vector Control for PWM Rectifiers. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2020, DOI: 10.1109/TIA.2020.2992955.
7. Suhara E.M., Nandakumar M. Voltage Oriented Control of Three Phase PWM Rectifier with Bus Clamped Space Vector PWM. – IEEE International Conference on Power, Instrumentation, Control and Computing (PICC), 2015, DOI: 10.1109/PICC.2015.7455788.
8. Khan D. et al. A Resonant Damping Control and Analysis for LCL-Type Grid-Connected Inverter. – Energy Reports, 2022, vol. 8 (12), pp. 911–928, DOI: 10.1016/J.EGYR.2021.11.273.
9. Suraj G.O., Trivedi N. Comparative Analysis of PWM Based Front End Rectifier with Different Modulation Techniques. – IEEE 5th International Conference for Convergence in Technology (I2CT). 2019, DOI: 10.1109/I2CT45611.2019.9033862.
10. Hoang T.T.G. et al. Fractional Proportional Integral Controller Applied into Two Parallel 3-Phase PWM Rectifiers. – IEEE 2nd Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC), 2017, DOI: 10.1109/IAEAC.2017.8053966.
11. Radionov A.A., Maklakov A.S., Maklakova К.А. EPPT 2015 – in Russ. (EPT 2015), Ekaterinburg, 2015, pp. 45–49.
12. Mikitchenko A.Ya. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2010, No. 7, pp. 52–57.
13. Shevyryova N.Yu. Povyshenie kachestva elektroenergii pri elektrosnabzhenii burovyh ustanovok s chastotno-reguliruemym elektroprivodom: dis. … kand. tekhn. nauk (Improving the Quality of Electricity in the Power Supply of Drilling Rigs with a Frequency-Controlled Electric Drive: Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). М., 2016, 173 p.
14. Shevyryova N.Yu. et al. Voprosy elektromekhaniki. Trudy VNIIEM – in Russ. (Questions of Electromechanics. Proceedings of VNIIEM), 2021, vol. 181, No. 2, pp. 10–17.
15. Kopylova D.S. Matematicheskaya model' akkumulyatornyh batarey: magisterskaya dissertatsiya (Mathematical Model of Batteries: Master's Thesis). Tol'yatti, 2016, 89 p.
