Równoległe kompensatory aktywne dużej mocy

Podobne dokumenty
JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ Odkształcenie napięć i pradów

Współczesne układy kompensacji mocy biernej Jaworzno marzec 2010 r.

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ Odkształcenie napięć i pradów. Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

Pomiary i automatyka w sieciach elektroenergetycznych laboratorium

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ ZAPADY NAPIĘCIA

Sposoby poprawy jakości dostawy energii elektrycznej

Pomiary i automatyka w sieciach elektroenergetycznych laboratorium

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ Odkształcenie napięć i pradów

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ - PROCES ŁĄCZENIA BATERII KONDENSATORÓW

Wykaz symboli, oznaczeń i skrótów

Wpływ mikroinstalacji na pracę sieci elektroenergetycznej

Przegląd topologii i strategii sterowania układów do poprawy jakości energii elektrycznej UPQC

Problematyka mocy biernej w instalacjach oświetlenia drogowego. Roman Sikora, Przemysław Markiewicz

Baterie kondensatorów

Kompensacja mocy biernej w stacjach rozdzielczych WN/SN

PLAN PREZENTACJI. 2 z 30

ĆWICZENIE 1 JEDNOFAZOWE OBWODY RLC U L U R U C. Informatyka w elektrotechnice

DANIEL WOJCIECHOWSKI RÓWNOLEGŁE KOMPENSATORY AKTYWNE DUŻEJ MOCY

Jakość energii w smart metering

Modelowanie układów elektroenergetycznych ze źródłami rozproszonymi. 1. Siłownie wiatrowe 2. Generacja PV

PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE zadania zaliczeniowe

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ JAKO PODSTAWA KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ W ELEKTROENERGETYCE

Obwody prądu zmiennego

ĆWICZENIE 1 JEDNOFAZOWE OBWODY RLC. Informatyka w elektrotechnice ZADANIA DO WYKONANIA

Eliminacja wpływu napędów dużych mocy na sieć zasilającą

AKTYWNY FILTR HARMONICZNYCH HARMONICZNYCH AKTYWNY FILTR.

OCENA JAKOŚCI DOSTAWY ENERGII ELEKTRYCZNEJ

REGULATORY MOCY BIERNEJ DLA SYMETRYCZNYCH I ASYMETRYCZNYCH OBCIĄŻEŃ

PowerFlex 700AFE. Funkcja. Numery katalogowe. Produkty Napędy i aparatura rozruchowa Przemienniki czestotliwości PowerFlex PowerFlex serii 7

TRÓJFAZOWY RÓWNOLEGŁY ENERGETYCZNY FILTR AKTYWNY ZE Z ZMODYFIKOWANYM ALGORYTMEM STEROWANIA OPARTYM NA TEORII MOCY CHWILOWEJ

Procedury przyłączeniowe obowiązujące w PGE Dystrybucja S.A. związane z przyłączaniem rozproszonych źródeł energii elektrycznej

UKŁADY NAPĘDOWE POMP I WENTYLATORÓW - OSZCZĘDNOŚĆ ENERGII. Mgr inż. Adam Tarłowski TAKOM Sp. z o.o.

CZĘŚĆ II ROZPŁYWY PRĄDÓW SPADKI NAPIĘĆ STRATA NAPIĘCIA STRATY MOCY WSPÓŁCZYNNIK MOCY

Poprawa jakości energii i niezawodności. zasilania

Część 4. Zagadnienia szczególne. b. Sterowanie prądowe i tryb graniczny prądu dławika

Wybrane zagadnienia pracy rozproszonych źródeł energii w SEE (J. Paska)

DANE: wartość skuteczna międzyprzewodowego napięcia zasilającego E S = 230 V; rezystancja odbiornika R d = 2,7 Ω; indukcyjność odbiornika.

OCENA PARAMETRÓW JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ DOSTARCZANEJ ODBIORCOM WIEJSKIM NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADAŃ

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

6.2. Obliczenia zwarciowe: impedancja zwarciowa systemu elektroenergetycznego: " 3 1,1 15,75 3 8,5

Kompensacja zaburzeń JEE Statcom i DVR Szkolenie Tauron Dystrybucja Kraków AGH 2018

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ Odkształcenie napięć i pradów. Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015

Lekcja 10. Temat: Moc odbiorników prądu stałego. Moc czynna, bierna i pozorna w obwodach prądu zmiennego.

Teoria Przekształtników zadania zaliczeniowe cz. I ( Przekształtniki Sieciowe)

Certyfikat wg normy EN 50438:2013 dotyczący ustawień fabrycznych

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ - ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA

NOWOCZESNA KOMPENSACJA MOCY BIERNEJ I WYŻSZYCH HARMONICZNYCH Z WYKORZYSTANIEM KOMPENSATORÓW DYNAMICZNYCH STATCOM I EFA

Od autora Spis wybranych oznaczeñ i symboli... 15

2.Rezonans w obwodach elektrycznych

Generator. R a. 2. Wyznaczenie reaktancji pojemnościowej kondensatora C. 2.1 Schemat układu pomiarowego. Rys Schemat ideowy układu pomiarowego

Artykuł techniczny. Harmoniczne żłobkowe. w systemach wytwarzania prądu elektrycznego. Wprowadzenie

PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE zadania zaliczeniowe

Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych

LAMPY WYŁADOWCZE JAKO NIELINIOWE ODBIORNIKI W SIECI OŚWIETLENIOWEJ

Kod przedmiotu: EZ1C Numer ćwiczenia: Kompensacja mocy i poprawa współczynnika mocy w układach jednofazowych

Cyfrowe sterowanie przekształtników impulsowych lato 2012/13

Kompensacja mocy biernej podstawowe informacje

Certyfikat wg normy EN 50438:2013 dotyczący ustawień fabrycznych

Bezpośrednie sterowanie momentem silnika indukcyjnego zasilanego z 3-poziomowego. przekształtnika MSI z kondensatorami o zmiennym potencjale

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Wyznaczanie budżetu niepewności w pomiarach wybranych parametrów jakości energii elektrycznej

Kompensator PID. 1 sω z 1 ω. G cm. aby nie zmienić częstotliwości odcięcia f L. =G c0. s =G cm. G c. f c. /10=500 Hz aby nie zmniejszyć zapasu fazy

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

SZCZEGÓŁOWE WYMAGANIA TECHNICZNE DLA JEDNOSTEK WYTWÓRCZYCH PRZYŁĄCZANYCH DO SIECI ROZDZIELCZEJ

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI. Prowadzący ćwiczenie 5. Data oddania 6. Łączniki prądu przemiennego.

ZAKRES BADAŃ BEZPIECZEŃSTWO UŻYTKOWANIA I EMC CELAMED Centralne Laboratorium Aparatury Medycznej Aspel S.A.

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

Certyfikat wg normy EN 50438:2013 dotyczący ustawień fabrycznych

PSPower.pl. PSPower MULTIFAL (Basic ; PV)

BADANIE SZEREGOWEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Spis treści 3. Spis treści

CZĘŚĆ DRUGA Obliczanie rozpływu prądów, spadków napięć, strat napięcia, współczynnika mocy

ANALIZA DANYCH POMIAROWYCH NA PODSTAWIE WYBRANEGO PRZYPADKU

Siła elektromotoryczna

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

Sterowane źródło mocy

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

Wpływ szybkości komutacji baterii kondensatorów na zawartość wyższych harmonicznych

Nowoczesna kompensacja mocy biernej i wyższych harmonicznych z wykorzystaniem kompensatorów dynamicznych STATCOM i EFA

Symulacja sygnału czujnika z wyjściem częstotliwościowym w stanach dynamicznych

Stabilizatory impulsowe

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Praktyczne aspekty monitorowania jakości energii elektrycznej w sieci OSP

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

Przepisy i normy związane:

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

) I = dq. Obwody RC. I II prawo Kirchhoffa: t = RC (stała czasowa) IR V C. ! E d! l = 0 IR +V C. R dq dt + Q C V 0 = 0. C 1 e dt = V 0.

Spis treści. Oznaczenia Wiadomości ogólne Przebiegi zwarciowe i charakteryzujące je wielkości

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 295

Podstawowe układy energoelektroniczne

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

Załącznik nr 1 do Standardu technicznego nr 3/DMN/2014 dla układów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej w TAURON Dystrybucja S.A.

Analiza ustalonego punktu pracy dla układu zamkniętego

Stabilizatory ciągłe

W4. UKŁADY ZŁOŻONE I SPECJALNE PRZEKSZTAŁTNIKÓW SIECIOWYCH (AC/DC, AC/AC)

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Stabilizatory liniowe (ciągłe)

Transkrypt:

Akademia Morska Wydział Elektryczny Równoległe kompensatory aktywne dużej mocy Daniel Wojciechowski

Agenda Uwarunkowania aplikacyjne równoległych kompensatorów aktywnych (RKA) Obwody główne RKA - model układu - obwód sprzęgający przekształtnik z siecią zasilającą - struktury obwodów RKA dużych mocy - metodyka doboru parametrów obwodowych Sterowanie RKA - regulacja prądu, stabilność - metodyka wyznaczania prądu kompensującego - wpływ zmienności parametrów układu na jakość sterowania Wdrożenia opracowanych systemów RKA dużej mocy Podsumowanie 2

Motywacja do stosowania kompensatorów, w tym RKA Przyczyny techniczne niska jakość prądu zasilającego niska jakość napięcia zasilającego niepoprawna lub mniej efektywna praca odbiorów niepoprawne działanie elementów automatyki zagrożenie rezonansem zmniejszenie sprawności procesu dostarczania energii do odbiorcy nieprawidłowa praca układów zabezpieczeń Przyczyny ekonomiczne - wynikające z przyczyn technicznych - kary umowne Wymagania i zalecenia formalne - Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (2007) - normy: PN-EN 50160, IEEE 519-1992, PN-EN 61000-3-2 (<16 A), PN-EN 61000-3-12 (16 75 A), PN-EN 61000-2-2, PN-EN 61000-2-4 3

Możliwości kompensacyjne RKA Ozn Rodzaj zadania kompensacyjnego RKA 1a 1b 1c 1d 1e 1f prądu zasilającego kompensacja kompensacja mocy biernej kompensacja wyższych harmonicznych prądu zasilającego wraz z ich niesymetrią kompensacja niesymetrii podstawowej harmonicznej prądu zasilającego kompensacja prądu w przewodzie neutralnym kompensacja składowych interharmonicznych i podharmonicznych prądu zasilającego kompensacja składowych nieokresowych prądu zasilającego, z pominięciem udarów zmniejszeni ie strat przesyłu energii Podstawowe cele realizacji zadania kompensacyjnego zwiększenie stopnia wykorzystania wydolności energetycznej układu zasilania (poprawa współczynnika mocy) zmniejszenie odkształceń harmonicznych napięcia symetryzacja napięcia zmniejszenie odkształceń napięcia zmniejszenie odkształceń napięcia, w tym odpowiedzialnych za migotanie światła zmniejszenie nieokresowych odkształceń napięcia 1g kompensacja udarów prądu łagodzenie zapadów napięcia; wyrównanie przebiegu chwilowej mocy obciążenia 2 regulacja napięcia zasilającego regulacja profilu napięcia zasilającego 3 tłumienie rezonansów występujących w sieci zasilającej stabilizacja układu zasilania, zmniejszenie odkształceń napięcia 4

Oddziaływanie RKA na sieć zasilającą wokół PCC Układ zasilania bez RKA il epcc = e i L i K = 0 5

Oddziaływanie RKA na sieć zasilającą wokół PCC Układ zasilania z RKA ( i γ δ ) + e i epcc L L K = e+δe i + γ δe L L i K Maksymalna zmiana napięcia E = PCC, n E k eff zw, n Podatność napięciowa odbiorów δi i I L I γ L= Ln Γ n = δe E PCC, n Efekty pracy RKA - zmiana prądu zasilającego - zmiana napięcia w pobliżu PCC - zmiana prądu odbiorów przyłączonych w pobliżu PCC 6

Podatność napięciowa odbiorów Odbiór o char. prądowym L DC Γ n = 0 e L S i LAC L X Sn R E n E PCC,n I Ln Odbiór o char. napięciowym Γ = n X 1 AC, n e L S i LAC L C R E n X Sn E PCC,n I Ln X AC,n U n jnωl 1 AC 7

Efekty pracy RKA zmiana prądu odbiorów Wpływ RKA na napięcie E PCC IK1= 0 IKn = ILn n> 1 EPCC,1 = E1 jxs1il1 EPCC, n = En n> 1 Odbiór o char. prądowym Odbiór o char. napięciowym X Sn E PCC,n X Sn EPCC,n I Ln E n I Kn I Ln E n I Kn X AC,n U n jnωl 1 AC I I I L1 L1 = 0 Ln = ILn 0 IL1 = 0 IL1 I X L Ln = Sn = S n> ILn XAC, n LAC 1 8

Warunki pracy i wymagania wobec RKA Warunki pracy RKA zależą od: - podatności napięciowej odbiorów w pobliżu PCC (w tym kompensowanych) - zmienności prądu (mocy) kompensowanych odbiorów -jakości napięcia w PCC - względnej mocy zwarciowej w PCC określonej zarówno ze względu na moc kompensowanych odbiorów jak i moc RKA e i S PCC i K i L Wymagania wobec RKA: - odporność na złe warunki pracy i ich zmiany -brak negatywnego oddziaływania na sieć (brak tętnień prądu RKA) -wysoka dynamika i dokładność kształtowania prądu 9

Agenda Uwarunkowania aplikacyjne równoległych kompensatorów aktywnych (RKA) Obwody główne RKA - model układu - obwód sprzęgający przekształtnik z siecią zasilającą - struktury obwodów RKA dużych mocy - metodyka doboru parametrów obwodowych Sterowanie RKA - regulacja prądu, stabilność - metodyka wyznaczania prądu kompensującego - wpływ zmienności parametrów układu na jakość sterowania Wdrożenia opracowanych systemów RKA dużej mocy Podsumowanie 10

Model obwodów głównych RKA e L S R S i S e PCC i L x r & = Ax r + Bu r, y r = Cx r + Du r L SN Sieć zasilająca R SN i SN i2 = ik i LN i = i 2N KN Odbiory i r r x y i u 1 r u = = 2, = epcc u c 0 β Obwód sprzę ęgający L 2 L 1 i 1 L 2N i C cn N i c L 1N u i 1N u c C R cn R c Rc L1 Rc L1 1L1 A= R L R L 1L c 2 c 2 2 1C 1C 0 1 L1 0 B= 0 1 L 2, C = I, D= 0 0 0 α VSI u DC C DC f r,lcl = 1 2π L + L LLC 1 2 1 2 11

Obwód sprzęgający wymagania, struktury Podstawowe wymagania wynikają z konieczności: - zapewnienia wysokiej dynamiki prądu kompensującego - ograniczenia wysokoczęstotliwościowych tętnień prądu Obwód Schemat ideowy Transmitancja operatorowa G u i2 (s) L LC u i L 1 u L i i e 1 u c i1 i2 PCC i c C epcc Ls L a) S e S Ls 1 b) 1 1 L = 0 L 3 S LLCs 1 S + ( L1 + LS) s > 0 LCL u L 1 u c i1 i 2 i c C L 2 epcc 1 ( ) 3 1 2 + 1+ 2 LLCs L L s LCL+R u L 1 u c i1 i 2 i c C R c L 2 epcc CRs+ 1 c 3 2 1 2 + 1+ 2 c + 1+ 2 ( ) ( ) LLCs L L CRs L L s 12

Obwód sprzęgający porównanie struktur LCL i L Amplituda (db) 40 20 0-20 -40-60 -90 fr,lcl fimp Fa aza (deg) -135-180 -225-270 10 2 10 3 10 4 Częstotliwość (Hz) ω 0 ( 2 ω ) L' = lim L + L LLC = L + L 1 2 1 2 1 2 2 2 f imp LLC 1 2 L 1 L 2 L" = 4π 2 L fimp 2 1+ 2STATCOM fr,lcl L" = = 1 L' L L f f imp r,lcl L > 3 > 8 L + L 1 2 STATCOM 13

Obwód sprzęgający porównanie struktur LCL i LC Amlituda (db) 40 20 0-20 -40-60 k zw,1 = 10 50 100 500 f imp LCL LC Amplituda (db) 40 20 0-20 -40-60 k zw,1 = 10 50 100 500 f imp -90-90 Faza (deg) -135-180 -225 Faza (deg) -135-180 -225-270 -270 10 2 10 3 10 4 Częstotliwość (Hz) 10 2 10 3 10 4 Częstotliwość (Hz) f r khz k zw,1 j.w. 14

Obwód sprzęgający porównanie struktur LCL i LCL+R Amlituda (db) 40 20 0-20 -40-60 -90 R c = 0Ω R c = 0,05Ω R c = 0,1Ω R c = 0,2Ω f imp Fa aza (deg) -135-180 -225-270 10 2 10 3 10 4 Częstotliwość (Hz) R c 2π 1 f C imp dla sterowania z regulatorem prądu PI 15

Uwarunkowania dla obwodów RKA dużej mocy Minimalna częstotliwość rezonansowa LCL: f r,lcl = 2 khz stabilność układu regulacji Minimalna częstotliwość impulsowania VSI: f imp = 8 khz straty łączeniowe półprzewodników falownika Maksymalna moc RKA z pojedynczym, dwupoziomowym VSI: S RKA,max 300 kva możliwe rozwiązania System RKA z wieloma falownikami pracującymi równolegle System RKA z falownikiem (falownikami) wielopoziomowymi 16

Obwody RKA dużej mocy niezależne obwody LCL i K i L 21 21 L11 u i11 c1 u DC,1 C DC,1 L L 1,zast 2,zast 1 = ( L1m ) m 1 1 = ( L2m) m 1 C 1 L22 L12 i22 u i12 c2 C 2 u DC,2 C DC,2 C zast = m C m 17

Obwody RKA dużej mocy zintegrowany obwód LCL (A) L L 1,zast 1 = ( L1m ) m 1 = ( L ) 2 2m m 1 1 i L 2 u 11 i11 c u DC,1 C DC,1 C zast = m C m i K L 2 C 1 i 2 u c L 12 i 12 L2 = Lrozproszenia C DC,2 u DC,2 C 2 18

Obwody RKA dużej mocy zintegrowany obwód LCL (B) L L 1,zast 1 = ( L1m ) m 1 = ( L ) 2 2m m 1 1 System RKA L 11 i 11 u DC,1 C DC,1 = C C m m i K L 2 u c L 12 i 12 L2 = Lrozproszenia C C DC,2 u DC,2 19

Obwody RKA dużej mocy układ czteroprzewodowy (B) L L 1,zast 1 = ( L1m ) m 1 = ( L ) 2 2m m 1 1 System RKA L 11 i 11 u DC,1 C DC,1 = C C m m i K L 2 u c L 11,N i 11,N L L 2 = L 3 2 = L 3 1N 1 2N 2 CN = 3 2 C i K,N L 2N C C N L 12 L 12,N i 12 i 12,N u DC,2 C DC,2 20

Obwody RKA dużej mocy odłączanie modułów C L 1 L 1 L 2 L 2 C f r,lcl j.w. S RKA = k m S RKA,N Odłączanie L 1 i C Odłączanie tylko L 1 k m j.w. 21

Dobór parametrów obwodowych Parametry obwodowe RKA warunkują: -dynamikę graniczną prądu kompensującegoi 2 -zawartość tętnień w prądzie kompensującymi 2 -zawartość tętnień w prądziei 1 -składową bierną prądu i 1 przeładowującą kondensator C - koszt, masę i gabaryty układu Właściwości źródła napięcia u: L 2 i 2 i 1 L 1 -charakter impulsowy (f imp ) e u c i c C u - ograniczenie: 2 2 udc < u< u 3 3 DC 22

Dobór parametrów składowa bierna i 1 ; dynamika i 2 L 2 u c i 2 e i c i 1 C L 1 u e d i1,q = C Esin et = ece et dt ( ω ) ω cos( ω ) d 2 ul1,q = L1 i1,q = ωelce 1 sin ωet dt ( ) U ω L1,Q 2 e = ωelc 1 = E ωr,lc 1 ω = ω e r,lc 1 pominięcie składowej biernej prądu i 1 L 2 u c i 2 i c i 1 C L 1 u e h t sin( ωrt) ( t) = 2 L + L ω ( L + L ) u i 1 2 r 1 2 12π T > h ( t) 2ω u i2 r L1 + L2 t 23

Dobór parametrów dynamika graniczna prądu i 2 di dt 2 di dt 2 di dtt 2 gr,max ω e t π 2 π 3π 2 2π gr,min di dt 2 di dt 2 di dt 2 di dt 2 max min min max zad 2 K 2 d i d d < i < i dt dt dt gr,min gr,max di 1 2 Dynamika 2 i 2 = zależy od u DC oraz DC Esin od ( L ω 1 +L et) 2 dt gr,max L1 + L 2 3 Niezbędne są dodatkowe uwarunkowania: di2 1 2 = udc Esin( ωet) dt Zawartość L + tętnień L 3w prądzie i 2 gr,min 1 2 di2 1 2 = udc+ E dt L + L 3 max min 1 2 di2 1 2 = udc E dt L + L 3 1 2 24

Dobór parametrów dynamika graniczna prądu i 2 1,4 200 1,2 180 di dt 2 Aμs min 1,0 0,8 0,6 di dt 2 min C L1 + L2 160 140 120 L + L 1 2 μh C μf 0,4 100 600 u 700 800 DC V I 2 u 1 = = 2,tętn,p-p DC 3 K 1 ω 3 imp LL 1 2 C+ ω imp 1 + 2 ( L L ) const f r,lcl = const Dobór u DC jest nadrzędny względem L 1 +L 2 L1 L = 2 const 25

Dobór parametrów wartość ilorazu ρ= L 1 /L 2 I 1,tętn,p-p A I 1,tętn,p-p C μf C I C wzgl 1,tętn,p-p wzgl = 1 1 = + 2ρ 2 ( ρ+ 1) 4 ρ 2 ρ =L 1 L2 j.w. d Λ = d ρ d d ρ ( wzgl ) ( wzgl I ) 1,tętn,p-p C ( ) μf C ρ dc 0 ρ 1 dρ = = ρ = 2Λ+ 1 ( 1...2) ρ ( 1,7...2,2) Λ= = I 1,tętn,p-p ( ρ) A 26

Agenda Uwarunkowania aplikacyjne równoległych kompensatorów aktywnych (RKA) Obwody główne RKA - model układu - obwód sprzęgający przekształtnik z siecią zasilającą - struktury obwodów RKA dużych mocy - metodyka doboru parametrów obwodowych Sterowanie RKA - regulacja prądu, stabilność - metodyka wyznaczania prądu kompensującego - wpływ zmienności parametrów układu na jakość sterowania Wdrożenia opracowanych systemów RKA dużej mocy Podsumowanie 27

Metody kompensacji realizowanej przez RKA Kompensacja w układzie otwartym is epcc i L i K i L Kompensacja w układzie zamkniętym is epcc i L is lub epcc i K 28

Struktura układu sterowania RKA; organizacja czasowa zad u DC u DC zad p zad i K zad u Η zad C DC %e 1 %e e PCC i K i S i L,1 i L,2 i L,m u zad ( k) zad zad i ( k+ ) i ( k+ ) K 1 K 2 e PCC błąd fazowy T sampl Tsampl Tsampl εα = n 2πf T e sampl 29

Regulacja prądu - wymagania Wymagania wobec regulatora prądu RKA: - wysoka dynamika regulacji - wysoka dokładność regulacji w granicach dysponowanej dynamiki - kompensacja opóźnienia pomiędzy sprzężeniami i sterowaniem -predykcja o horyzoncie 3 kroków próbkowania T sampl, wynikająca z rzędu obwodu sprzęgającego LCL - blokowanie rezonansu obwodu sprzęgającego LCL - poprawna praca w warunkach niskiej jakości napięcia zasilającego - możliwość regulacji nieokresowego prądu zadanego - zdolność ograniczania maksymalnej wartości prądu - odporność na błędy identyfikacji parametrów modelu obiektu - możliwość współpracy z RKA przeznaczonym zarówno dla sieci z trzema jak i czterema przewodami roboczymi 30

Regulator predykcyjny oparty na modelu obiektu ( k 1) i ( k 1) i1 2 uˆ c( k 1) = Tsampl + uc( k 2) C zad,lim ˆ u ( k 1) uˆ c( k 1) i1( k) = Tsampl + i1 k 1 L ( ) 1 ( k ) e% ( k ) c PCC 2 k Tsampl i2 L2 ( ) ˆ uˆ 1 1 i = + 1 ( k) iˆ ( k) iˆ 1 2 uˆ c( k) = T sampl + uˆ c 1 C ( k ) ( k ) Predykcja ) u ) i zad ( k+ 2) i ( k+ 1) zad i2 2 c( ) 2 e% PCC Tsampl ( ) k+ 1 = L + k+ 1 ) u ( k+ 1) uˆ ( k) k+ 1 = C + k+ 1 ( ) c c zad 1 i2 Tsampl u zad ( ) lim i1 1 1 uc Tsampl ( ) ) ( k+ 1) iˆ ( k) k = L + ˆ, ( k) Równania główne 31

Regulator predykcyjny predykcja napięcia sieci 1. Bufor cykliczny ( k 2) ( k 1) ( k+1) z l+ 5 z l+ 6 z 1 0 z l 1 z + z l+ 2 z l+ 3 z l+ 4 2. DFT z predykcją ϕ e PLL ( ) e% k PCC 2 ϕ 1,e nϕ 1,e n 1,e GEN -j e nϕ LPF EPCC,n ( + ) e% k r PCC,n 2 ϕ = n r ϕ n,e,pred 1,e j ϕ n,e,pred e 32

Regulator predykcyjny odpowiedź skokowa, właściwości zad i k + 1, i k 1 A ( ) ( ) 2 2 1K 0.5K 0K -0.5K -1K i k + 1, i k 1 A ( ) ( ) zad 2 2 u nieograniczone zad i k + 1, i k 1 A ( ) ( ) 2 2 u ograniczone 1K i2 ( t) A 0.5K 0K -0.5K i2 ( t) A 2 A ( ) i t -1K 5.0 t ms 5.4 5.8 t ms t ms Regulator predykcyjny wyróżnia (odniesieniu do deadbeat): - uwzględnienie ograniczeń zarówno sterowania, jak i dowolnych zmiennych stanu obiektu -bezpośrednie odprzężenie od zakłócenia (napięcia e PCC ) - uwzględnienie predykcji zadanego prądu kompensującego RKA (dokładna regulacja prądu w granicach osiągalnej dynamiki) 33

Regulator predykcyjny dokładność regulacji RKA czterogałęziowy generowanie mocy biernej i1,a i1,b i1,c ik,a ik,b ik,c THD 0,94% i = K, A e A i1,n e A i K,N THDe = 2,05% 34

Stabilność linie pierwiastkowe L 1 =70μH, L 2 =35μH, C=200μF (f r,lcl =2,33 khz) Imz Imz 4 4 2b 1a 1b 1c 3a 3 1a 1b 2a 2c 2a 3b 2b 5 5 Rez Rez f imp = var(f imp =f sampl / 2) Zakres stab.: 3,45 3,87; >7 khz L 1,zadane /L 1,dokładne = var Zakres stabilności: 89% 137% 35

Stabilność linie pierwiastkowe L 1 =70μH, L 2 =35μH, C=200μF (f r,lcl =2,33 khz) Imz Imz 4 3a 2c 2b 4 1a 1b 3a 2c 2b 1a 1b 3b 5 2a 3b 2a 5 Rez L 2,zadane /L 2,dokładne = var Zakres stabilności: >70% Rez C zadane /C dokładne = var Zakres stabilności: 76% 285% 36

Wyznaczanie prądu zadanego Strategie pełnej kompensacji: -stała wartość mocy chwilowej pprzy q = 0 - równokształtność prądu i napięcia (λ=1) - równokształtność ze składową zgodną podstawowej harmonicznej napięcia Zadania algorytmu: - wyodrębnianie kompensowanych składowych prądu odbiorów - realizacja ograniczeń z uwzględnieniem priorytetów kompensacji - predykcja zgodnie z wymaganiami regulatora prądu Wymagania: - wysoka dokładność - szybka odpowiedź na zmianę prądu kompensowanych odbiorów - praca niezależna od jakości napięcia zasilającego 37

Wyznaczanie składowych prądu kompensującego il e1,pcc pe,-1 qe,-1 pe1 qe1 pe,-1 qe,-1 p e1 qe1 p% e1 q% e1 ik,q ik,-1 ik,n ik,d ik,h 38

Wyznaczanie prądu predykcja, stan ustalony e A THD 44,1% i = L, A il,a il,b il,c il,n THDe = 2,3% bez predykcji z predykcją e A THD 13,7% i = S, A e A THD 2,52% i = S, A is,a i S,B isc, i THD 1,91% S,N e = is,a is,b is,c i THD 1,69% S,N e = 39

Wyznaczanie prądu predykcja, stan ustalony 14% 3,5E-04 12% 3,0E-04 THD i % S 10% 8% 6% THD i bez predykcji 2,5E-04 2,0E-04 1,5E-04 L AC H 4% AC THD i z predykcją 1,0E-04 2% 5,0E-05 0% 0,5 1,5 2,5 3,5 di dt L,max A μs 0,0E+00 40

Wyznaczanie prądu predykcja, stan przejściowy bez predykcji z predykcją 41

Wpływ zmienności parametrów na jakość sterowania 16% 14% THD % i S parametry obwodu LCL THD % 4% 3% 2% i S jakość napięcia IS, N,eff A 25 20 12% 1% 10% 8% 0% 15 0% 5% 10% 15% THD e % 6% 4% L 1= var C=var THD i % S 2,2% 2,0% moc zwarciowa IS, N,eff A 22 IS, N,eff 20 2% L 2 = var 0% 85% 90% 95% 100% 105% 110% 115% L L, L L, C C % 1 1,dokł 2 2,dokł dokł 1,8% 1,6% THD is 18 16 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 k zw,1 j.w. 42

Sterowanie systemem RKA ze zintegrowanym obw. LCL L 2 C L 1 il A 1K 0K -1K 1000 i11 A 500 0-500 -1000 Amplituda (db) 40 20 0-20 -40 u i 2 u u c f imp i12 A 1000 500 0-500 -1000 Faza (deg) -60 0-45 -90-135 -180-225 -270 10 2 10 3 10 4 Częstotliwość (Hz) is A 2K 1K 0K -1K -2K t ms 0.6 0.62 0.64 0.66 0.68 Time (s) 43

Agenda Uwarunkowania aplikacyjne równoległych kompensatorów aktywnych (RKA) Obwody główne RKA - model układu - obwód sprzęgający przekształtnik z siecią zasilającą - struktury obwodów RKA dużych mocy - metodyka doboru parametrów obwodowych Sterowanie RKA - regulacja prądu, stabilność - metodyka wyznaczania prądu kompensującego - wpływ zmienności parametrów układu na jakość sterowania Wdrożenia opracowanych systemów RKA dużej mocy Podsumowanie 44

KWK Bogdanka system RKA o mocy 1,2 MVA Szw=100,4 174,5 MVA Szw=98,3 168,0 MVA Parametr Wartość / cecha Jednostka Moc znamionowa systemu 1,2 (4 moduły x 0,3) MVA Napięcie zasilające 3 x 400 V Napięcie po stronie DC 1100 V Obwody sprzęgające LCL, niezależne - 45

KWK Bogdanka system RKA o mocy 1,2 MVA Zespół modułów mocy 2x300 kva systemu RKA Maszyna wyciągowa 2,4 MW (zasilana prostownikami tyrystorowymi o mocy 4 MVA) 46

KWK Bogdanka pomiar w punkcie A (sieć nn) e PCC e PCC 500V dz. 500V dz. i K,RKA1 1kA dz. i K,RKA1 1kA dz. i TSC il 4kA dz. 4kA dz. i TSC i L 4kA dz. 4kA dz. is 4kA dz. i S 4kA dz. Bez kompensacji Kompensacja bez predykcji (bez harm. 5 i 7) e PCC i K,RKA1 i TSC il i S 500V dz. 1kA dz. 4kA dz. 4kA dz. 4kA dz. Kompensacja z predykcją (bez harm. 5 i 7) 47

KWK Bogdanka pomiar w punkcie B (sieć SN) i S THDi = 10,1% S i S THDi = 5,0% S Bez kompensacji Z kompensacją 48

KWK Ziemowit system RKA o mocy 2 MVA 49

KWK Ziemowit system RKA o mocy 2 MVA System RKA (2 falowniki NPC) Jedna z maszyn (łączna moc 14 MW) Parametr Wartość / cecha Jednostka Moc znamionowa systemu 2 (2 moduły x 1) MVA Napięcie zasilające 3 x 6300 V Napięcie po stronie DC 1800 V Obwód sprzęgający LCL, zintegrowany - 50

KWK Ziemowit pomiar w punkcie A (sieć SN) Bez kompensacji e PCC V THDe = 7,2% Friday 2009-10-23 EPCC,eff THDe V 10000 600 400 5000 0-5000 -10000 390.768 µs 09:17:52,735 t h:m:s 09:17:52,745 09:17:52,755 200 0 600 400 200 0 600 400 200 0 A-B VTHDRss B-C VTHDRss C-A VTHDRss 09:17:00 09:18:40 t h:m:s Z kompensacją 10000 7500 5000 2500 0 e PCC V THDe = 2,6% 156.164 µs Tuesday 2011-07-12 EPCC,eff THDe V 400 200 0 400 200 A-B VTHDRss -2500 0 B-C VTHDRss -5000 400-7500 200-10000 A-B V B-C V C-A V 10:59:15,900 10:59:15,910 10:59:15,920 t h:m:s 0 C-A VTHDRss 10:58:15 10:59:30 t h:m:s 51

KWK Ziemowit pomiar w punkcie A (sieć SN) 1000 i S A THDi = 11,0% Friday 2009-10-23 1.0 I S,eff ka 0.5 Bez kompensacji 500 0 0 1.0 0.5 A Irms (max/min/val) -500 0 1.0 B Irms (max/min/val) 0.5-1000 0 09:17:52,735 09:17:52,745 09:17:52,755 t h:m:s C Irms (max/min/val) 09:17:00 09:18:40 t h:m:s i S A THDi = 3,8% IS,eff A Z kompensacją t h:m:s t h:m:s 52

KWK Ziemowit wskaźniki jakości energii elektrycznej Parametr Przed modernizacją Po modernizacji Moc czynna Moc bierna Min -2696 kw; Max 14600 kw Średnia 4270kW Min -3609 kvar; Max 13406 kvar Średnia 5700 kvar Min -3609 kw; Max 16519 kw Średnia 2639 kw Min -121 kvar; Max 9449 kvar Średnia 849 kvar THD e Max 14,3%; Średni 7,6% Max 6%; Średni 2,5% Tg(φ) Średni 1,33 Max 0,4; Średni 0,321 Zapady napięcia 11,9% 7,5% Wahania napięcia 14,3% 7,5% Załamania komutacyjne 42% 23% 53

Podsumowanie Właściwości funkcjonalne RKA są uwarunkowane zarówno strukturą i parametrami obwodów głównych jak i sterowaniem Specyfika pracy RKA wymusza stosowanie obwodu sprzęgającego LCL Systemy RKA dużej mocy oparte są na wielu falownikach pracujących równolegle celowe jest zastosowanie zintegrowanego obwodu sprzęgającego LCL Blokami układu sterowania warunkującymi skuteczność kompensacji są regulator prądu i algorytm wyznaczania tego prądu Jakość kompensacji jest uzależniona od zastosowania algorytmów predykcyjnych 54

Dziękuję za uwagę dr inż. Daniel Wojciechowski dwojc@am.gdynia.pll dwojc@am.gdynia.p