МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ
The paper present results of cycloconverter modeling, having destination for interconnection of two power systems working asynchronously at the same frequency. Proposed solution as well as installation controlling strategy allowing interconnection of two power systems directly in alternative current...
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/966 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203205342724096 |
|---|---|
| author | Тыршу, М.С. Калинин, Л.П. Зайцев, Д.А. Голуб , И.В. |
| author_facet | Тыршу, М.С. Калинин, Л.П. Зайцев, Д.А. Голуб , И.В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "М.С. Тыршу",
"institution": "Институт Энергетики Академии Наук Молдовы, ул. Академическая, 5, Кишинев, Республика Молдова, MD-2028"
},
{
"author": "Л.П. Калинин",
"institution": "Институт Энергетики Академии Наук Молдовы, ул. Академическая, 5, Кишинев, Республика Молдова, MD-2028"
},
{
"author": "Д.А. Зайцев",
"institution": "Институт Энергетики Академии Наук Молдовы, ул. Академическая, 5, Кишинев, Республика Молдова, MD-2028"
},
{
"author": "И.В. Голуб ",
"institution": "Институт Энергетики Академии Наук Молдовы, ул. Академическая, 5, Кишинев, Республика Молдова, MD-2028"
}
] |
| author_sort | Тыршу, М.С. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-02T21:34:53Z |
| description | The paper present results of cycloconverter modeling, having destination for interconnection of two power systems working asynchronously at the same frequency. Proposed solution as well as installation controlling strategy allowing interconnection of two power systems directly in alternative current and keeping stated level of power flow exchange with error doesn’t exceed 5%. Also, proposed solution excluding over nominal currents and THD doesn’t exceed 0,27% that about 7 times less than allowed by TEE. The proposed solution can be very good opportunity for replacement of back-to-back installations having essentially less cost. References 3, figures 7. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:16:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 63
УДК 621.311.001.57, 621.314.27, 621.314.252
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО
ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ
М.С.Тыршу, Л.П.Калинин, Д.А.Зайцев, И.В.Голуб
Институт Энергетики Академии Наук Молдовы,
ул. Академическая, 5, Кишинев, Республика Молдова, MD-2028, e-mail: tirsu.mihai@gmail.com
Представлены результаты моделирования циклоконвертора, предназначенного для синхронизации двух сис-
тем, работающих асинхронно на той же частоте. Предложенная схема, а также стратегия управления уст-
ройством позволяет соединить две системы на переменном токе и поддерживать заданный уровень обмена
мощности с погрешностью не более 5%. При этом исключаются токи сверх номинального уровня, а общий
коэффициент гармоник не превышает 0,2%, что в 10 раз меньше дозволенного ПТЭ. Предложенное устройст-
во может быть достойной заменой вставки постоянного тока. Библ. 3, рис. 7.
Ключевые слова: фазорегулирующий трансформатор, обмен мощности, энергосистема, активная и реактивная
мощности.
Введение. Энергетические рынки находятся в переходной стадии, и имеется множество предпо-
сылок для реализации новых типов систем электроснабжения для будущего, благодаря множеству факто-
ров и потребностям, которые служат основой для создания интеллектуальных энергетических систем [1]:
• распространение распределенной генерации, преимущественно основанной на возобновляе-
мых источниках энергии (ВИЭ);
• эффективное использование энергии на уровне потребителя и интеллектуальное реагирование
на запрос стало существенной проблемой;
• требования к качеству электроэнергии (надежность поставок и качество напряжения) будут
возрастать в результате регулирующих действий, и в то же время ожидается увеличение коли-
чества отказов из-за климатических изменений;
• исходя из экономических соображений, существует необходимость увеличить уровень ис-
пользования существующих сетей;
• срок службы многих компонентов существующих сетей уже истекает и их нужно заменить
или продолжать использовать в безопасном и контролируемом образе.
Существуют многие исследования, разные видения и концепции, как будут выглядеть будущие энер-
гетические системы. Некоторые из них концентрируются на уровень передающих функций (например, ин-
тегрирование ветряных установок большой мощности или использование FACTS-устройств). Все концеп-
ции имеют много общего, но также и некоторые отличия. В обобщенном случае интеллектуальные энерго-
системы должны привести к оптимизации всей электрической цепочки для эффективного проектирования и
функционирования сети, управления пиковыми нагрузками путем привлечения потребителей, интегри-
рование вариантов возобновляемых источников генерации и хранения электроэнергии и др. [2].
Описание устройства. Дальнейший рост производства электроэнергии неизбежно связан с
развитием и усложнением объединенных электроэнергетических систем, что существенно затрудняет
управление потоками активной и реактивной мощности. Увеличивается число элементов с понижен-
ной управляемостью, таких, как мощные конденсационные и атомные электростанции, предназна-
ченные для работы в базисном режиме, появляются крупные энергопотребители с резкопеременным
графиком нагрузки. Таким образом, часто уже недостаточно традиционных средств управления, ос-
новывающихся на регулировании режима генерирующих источников.
Одним из перспективных направлений в этой области является создание управляемых (гиб-
ких) межсистемных связей как элемента интеллектуальной сети, которые могут быть оснащены ста-
тическими преобразователями частоты, обеспечивающими обмен энергией между системами без ее
промежуточного выпрямления и инвертирования [3]. В качестве последних могут быть использованы
фазовые преобразователи трансформаторного типа (PST-Phase Shifting Transformer) с круговым пре-
образованием фазы выходного напряжения относительно входного.
Возможный вариант такого устройства, которое может быть условно принято в качестве рабо-
чей модели для рассмотрения принципа прямого преобразования частоты, показан на рис. 1. Сочета-
© Тыршу М.С., Калинин Л.П., Зайцев Д.А., Голуб И.В., 2015
64 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5
ние кругового преобразователя фазы и устройства типа IPC (Interphase Power Controller) может при-
вести к существенному упрощению схемы и способствовать практической реализации устройства,
которое можно было бы назвать «Вставкой Переменного Тока».
Устройство представляет собой силовой трансформатор, рабочие обмотки которого секциони-
рованы и переключаются с помощью коммутатора, построен-
ного на базе средств силовой электроники (рис. 1). Трехфаз-
ная система питающих напряжений подается на клеммы Us,
aUs, a2Us, а система выходных напряжений снимается с
клемм Ur, aUr, a2Ur. Обмотки трансформатора, отмеченные
индексом q, выполняют функции продольного регулирова-
ния, а обмотки с индексом p, соединенные по схеме треуголь-
ника, − функции поперечного регулирования. Обмотки про-
дольного регулирования разделены на две одинаковые части.
Переключение секций рабочих обмоток обеспечивает ступен-
чатое изменение угла фазового сдвига Ψ напряжения на вы-
ходе по отношению к приложенному напряжению в пределах
от 0 до 360 градусов. Состояние каждой обмотки характери-
зуется коэффициентами kq и kp, которые определяют коли-
чество задействованных секций в каждый момент времени
при регулировании. Плавность регулирования зависит от ко-
личества секций рабочей обмотки. Как доказано в [3], комплексный коэффициент преобразования
циклоконвертора по фазе при постоянстве фазного напряжения на выходе устройства и отсутствии
токовой нагрузки определяется по фор-
муле
1 1( 1)q pK j k k j
•
− −= − + . (1)
Таким образом, представленное
устройство может служить заменой встав-
ки постоянного тока.
Стратегия управления. Область
существования режима преобразования
фазы с помощью рассматриваемого уст-
ройства условно разделена на две части
(рис. 2): первая часть охватывает пределы
от 2700 через 00 до 900; вторая − соответ-
ствует области от 900 через 1800 до 2700.
Реализация режима в первой части обеспечивается
при kp=1=const и kq=var(-1÷0÷1).
Закон преобразования фазы тока и напряжения при
этом описывается вытекающим из (1) соотношением
1
1
q sr
r sq
jk II
U Ujk
+ ⎧⎫
= ⋅⎬ ⎨
−⎭ ⎩
. (2)
Реализация режима во второй части обеспечивается
при kq=1=const и kp=var(1÷0÷-1). Закон преобразования
фазы тока и напряжения при этом описывается вытекающим
из (1) соотношением
p sr
r sp
k j II
U Uk j
+ ⎧⎫
= ⋅⎬ ⎨
−⎭ ⎩
. (3)
Вся область регулирования фазы от 00 до 3600 разде-
лена на n=60 ступеней. При этом проблема управления ре-
жимом циклоконвертора осложняется тем фактом, что рав-
номерное секционирование рабочих обмоток, вытекающее
из технических требований к регулятору, приводит к нерав-
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 65
номерному приращению угла фазового сдвига между входным и выходным напряжениями уст-
ройства. Эта особенность обусловлена нелинейностью изменения угла фазового сдвига Ψ от номера
ступени n=1÷60, что следует из рассмотрения рис. 3. Возникающие при этом искажения токов и
напряжений могут быть достаточно эффективно ослаблены с помощью применения технологии IPC.
Закон управления, реализующий последовательность операций перехода с одной ступени на
другую, иллюстрируют диаграммы, показанные на рис. 4, a для n=1÷30 и рис. 4, б − для n=45÷60.
При работе на любой ступени угла Ψ во включенном состоянии находятся только 4 ключа комму-
таторов ответвлений обмоток q и p.
Управление режимом преобразования частоты осуществляется устройством управления, ко-
торое измеряет разность частот с помощью детекторов и осуществляет вычисление периода частоты
скольжения, а затем определяет интервалы коммутации и задает состояние каждого из коммутаторов
в соответствии с последовательностью, представленной диаграммами переключения рис. 4. Устройство
управления также имеет контроллеры переключения ступеней и при необходимости осуществляет
коррекцию моментов переключения.
Результаты моделирования. Для исследования режимов обмена мощности между асинхронно
работающими энергосистемами в среде Матлаб-Симулинк создана модель циклоконвертора. Модель
рас-считана на фазное напряжение 230 В и номинальный ток 24 А.
Для разработки принципов управления пото-
ками мощности между асинхронно работающими
энергосистемами необходимо иметь представление о
существе процессов, имеющих место при отсутствии
какого-либо управления.
Результаты моделирования процесса свобод-
ного обмена мощностью между асинхронно работа-
ющими при частоте 50 Гц и 50,2 Гц энергосистемами
при отсутствии какого-либо управления показаны на
рис. 5. Такая разница частот выбрана, исходя из тре-
бований ПТЭ, которые определяют величину ∆f=0,2
Гц в качестве предельной для начала работы АЧР
(автоматическая частотная разгрузка).
Из рис. 5 видно, что значение обменного
тока, циркулирующего между системами при δ=1800
в 20 раз превышает номинальное значение. Следует отметить, что фазорегулятор находится в поло-
жении Ψ=00 и ток ограничивается только Zk трансформатора. При проведении эксперимента c ис-
пользованием простейшей схемы IPC, предложенной Карлом Штеймецом, где расчетный ток выбран
равным номинальному току фазорегулирующего трансформатора, и без схемы управления, видно,
что обменный ток ограничивается до номинального значения, а передаваемая мощность колеблется
от нуля до максимального значения. При введении предложенной стратегии управления обмен мощ-
ностью обеспечивается при номинальных значениях параметров режима и имеет место незначитель-
ная модуляция токов нагрузки, обусловленная нелинейностью зависимости угла фазового сдвига Ψ
от номера ступени переключения (рис. 3).
Рис. 5
а б
Рис. 4
66 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5
Коэффициент нелинейного искажения токов нагрузки для предложенного циклоконвертора
составляет 0,27% (рис. 6), что существенно ниже предельно допустимого по ПТЭ уровня в 2%.
Рис. 7 иллюстрирует характер изменения передаваемой мощности в условиях принудительного
управления. Из анализа осциллограмм видно, что степень колебательности по активной мощности
(верхняя кривая) составляет около 5%, что говорит о достаточно высокой стабильности при различ-
ной частоте на передающей и приемной системах.
Заключение. Рассмотренный циклоконвертор может обеспечить соединение двух энергетических
систем на переменном токе, имея при этом более низкую себестоимость. Предложенная стратегия управ-
ления позволяет управлять потоками мощности при степени колебательности по активной мощности не
более 5%. Во всем диапазоне регулирования угла сдвига коэффициент нелинейности токов не превышает
0,27%, что является существенно ниже уровня 2%, дозволенного ПТЭ.
УДК 621.311.001.57, 621.314.27, 621.314.252
МОДЕЛЮВАННЯ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗІ ФАЗОРЕГУЛЮЮЧОГО ТРАНСФОРМАТОРА З
КРУГОВИМИ ПЕРЕТВОРЕННЯМИ
М.С. Тиршу, Л.П. Калінін, Д.А. Зайцев, І.В. Голуб
Інститут Енергетики Академії Наук Молдови, Республіка Молдова,
вул. Академічна, 5, Кишинів, MD-2028, e-mail: tirsu.mihai@gmail.com
Представлено результати моделювання циклоконвертора, призначеного для синхронізації двох систем, що працюють
асинхронно на тій самій частоті. Запропонована схема, а також стратегія управління пристроєм дозволяє з'єднати дві
системи на змінному струмі і підтримувати заданий рівень обміну потужності з похибкою не більше 5%. При цьому
виключаються струми вище номінального рівня, а загальний коефіцієнт гармонік не перевищує 0,2%, що в 10 разів менше
дозволеного. Запропонований пристрій може бути гідною заміною вставки постійного струму. Бібл. 3, рис. 7.
Ключові слова: фазорегулюючий трансформатор, обмін потужності, енергосистема, активна і реактивна потужності.
MODELING OF CYCLOCONVERTER BASED ON PHASE SHIFT TRANSFORMER
WITH CIRCULAR CONVERSION
M.S. Tirshu, L.P.Kalinin, D.A.Zaitsev, I.V.Golub
Institute of Power Engineering of Academy of Sciences of Moldova,
5, Academy str., Kyshyniv, Moldova, MD2028. e-mail: tirsu.mihai@gmail.com,
The paper present results of cycloconverter modeling, having destination for interconnection of two power systems working
asynchronously at the same frequency. Proposed solution as well as installation controlling strategy allowing interconnection of two
power systems directly in alternative current and keeping stated level of power flow exchange with error doesn’t exceed 5%. Also,
proposed solution excluding over nominal currents and THD doesn’t exceed 0,27% that about 7 times less than allowed by TEE. The
proposed solution can be very good opportunity for replacement of back-to-back installations having essentially less cost.
References 3, figures 7.
Key words: Phase shift transformer, power flow exchange, power system, active and reactive power.
1. Pertti Järventausta, Sami Repo, Antti Rautiainen, Jarmo Partanen. Smart grid power system control in distributed
generation environment. Available at:
http://www.researchgate.net/profile/Sami_Repo/publication/222566666_Smart_grid_power_system_control_in_distributed_generati
on_environment/links/0c96052a0714aecf30000000.pdf (Accessed 02.04.2015).
2. Sanjeev Kumar. Smart Grid in Indian Power System. Available at:
http://indiasmartgrid.org/en/Lists/Member/Attachments/10/ISGD%20Plenary%20I%20Sanjeev%20Kumar%20India.pdf (Accessed 12.04.2015).
3. Kalinin L., Zaitsev D., Tirshu M. Application of the Phase Shift Transformer as Frequency Converter // International
Conference on Modern Power Systems MPS2011, Cluj-Napoca, Romania. − 2011. − Pp. 99-102.
Надійшла 17.04.2015
Рис. 6
Рис. 7
|
| id | techned_org_ua-article-966 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:16:25Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/5c/816a80ec1bd197e464b417b2354e3b5c.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-9662023-01-02T21:34:53Z MODELING OF CYCLOCONVERTER BASED ON PHASE SHIFT TRANSFORMER WITH CIRCULAR CONVERSION МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ Тыршу, М.С. Калинин, Л.П. Зайцев, Д.А. Голуб , И.В. Phase shift transformer power flow exchange power system active and reactive power фазорегулирующий трансформатор обмен мощности энергосистема активная и реактивная мощности The paper present results of cycloconverter modeling, having destination for interconnection of two power systems working asynchronously at the same frequency. Proposed solution as well as installation controlling strategy allowing interconnection of two power systems directly in alternative current and keeping stated level of power flow exchange with error doesn’t exceed 5%. Also, proposed solution excluding over nominal currents and THD doesn’t exceed 0,27% that about 7 times less than allowed by TEE. The proposed solution can be very good opportunity for replacement of back-to-back installations having essentially less cost. References 3, figures 7. Представлены результаты моделирования циклоконвертора, предназначенного для синхронизации двух систем, работающих асинхронно на той же частоте. Предложенная схема, а также стратегия управления устройством позволяет соединить две системы на переменном токе и поддерживать заданный уровень обмена мощности с погрешностью не более 5%. При этом исключаются токи сверх номинального уровня, а общий коэффициент гармоник не превышает 0,2%, что в 10 раз меньше дозволенного ПТЭ. Предложенное устройство может быть достойной заменой вставки постоянного тока. Библ. 3, рис. 7. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2015-09-01 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/966 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2015): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 063 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2015): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 063 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/966/843 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | фазорегулирующий трансформатор обмен мощности энергосистема активная и реактивная мощности Тыршу, М.С. Калинин, Л.П. Зайцев, Д.А. Голуб , И.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ |
| title | МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ |
| title_alt | MODELING OF CYCLOCONVERTER BASED ON PHASE SHIFT TRANSFORMER WITH CIRCULAR CONVERSION |
| title_full | МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ |
| title_fullStr | МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ |
| title_full_unstemmed | МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ |
| title_short | МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОКОНВЕРТОРА НА БАЗЕ ФАЗОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА С КРУГОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФАЗЫ |
| title_sort | моделирование циклоконвертора на базе фазорегулирующего трансформатора с круговым преобразованием фазы |
| topic | фазорегулирующий трансформатор обмен мощности энергосистема активная и реактивная мощности |
| topic_facet | Phase shift transformer power flow exchange power system active and reactive power фазорегулирующий трансформатор обмен мощности энергосистема активная и реактивная мощности |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/966 |
| work_keys_str_mv | AT tyršums modelingofcycloconverterbasedonphaseshifttransformerwithcircularconversion AT kalininlp modelingofcycloconverterbasedonphaseshifttransformerwithcircularconversion AT zajcevda modelingofcycloconverterbasedonphaseshifttransformerwithcircularconversion AT golubiv modelingofcycloconverterbasedonphaseshifttransformerwithcircularconversion AT tyršums modelirovanieciklokonvertoranabazefazoreguliruûŝegotransformatoraskrugovympreobrazovaniemfazy AT kalininlp modelirovanieciklokonvertoranabazefazoreguliruûŝegotransformatoraskrugovympreobrazovaniemfazy AT zajcevda modelirovanieciklokonvertoranabazefazoreguliruûŝegotransformatoraskrugovympreobrazovaniemfazy AT golubiv modelirovanieciklokonvertoranabazefazoreguliruûŝegotransformatoraskrugovympreobrazovaniemfazy |