Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,909

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Хохлов Ю.И.
 Процесс производства и потребления электрической энергии неизбежно связан с ее преобразованием. Преобразование электроэнергии осуществляется в электроэнергетике (передачи и вставки постоянного тока, статические компенсаторы реактивной мощности, системы возбуждения электрических машин, накопители энергии и др.), в электрометаллургии (электролиз цветных металлов, производство и переработка сталей и чугуна, электрографитация и др.), в электрохимии (электролиз хлора, водорода, капролактама и др.), в электрическом транспорте (железнодорожный магистральный и промышленный транспорт, трамвай, троллейбус, метро и др.), в электроприводе (привод постоянного тока, привод переменного тока с преобразователями частоты и полупроводниковыми пусковыми устройствами и др.). Доля преобразованной энергии непрерывно нарастает и в настоящее время в развитых странах мира уже достигает величины 50 - 60 % от всей вырабатываемой энергии. Необходимые условия для этого создаются бурным развитием силовой электроники.

Однако рост преобразованной электроэнергии в энергосистемах и в системах электроснабжения потребителей сопровождается увеличением потерь и понижением ее качества. Поэтому весьма актуальной является проблема разработки и реализации энергосберегающих технологий преобразования электрической энергии. Значительный энергосберегающий эффект имеют технологии, решающие проблемы компенсации реактивной мощности преобразовательных установок и нормализации их гармонического воздействия как на потребителей, так и на питающие системы.

Одним из радикальных средств улучшения гармонического состава токов и напряжений преобразователей является повышение фазности преобразования. Многофазные преобразователи выполняются, как правило, на основе шестифазных блоков. Входные токи шестифазных блоков имеют спектр, содержащий гармоники порядка k = 6s± 1 , где s= 0,1,2,3... . В этих условиях многофазные преобразовательные установки могут быть построены на основе реализации такого алгоритма, когда нечетно - кратные гармоники входных токов блоков (s=1,3,5...) фильтруются в коммутирующие конденсаторы компенсирующих устройств, а в питающую сеть отправляются лишь четно - кратные (s=0,2,4...) гармоники тока. Нечетно - кратные гармоники тока создают аналогичные гармоники напряжения на конденсаторах, с помощью которых осуществляется опережающая высокочастотная искусственная коммутация вентилей и, как следствие, обеспечивается экономичный способ компенсации реактивной мощности как в выпрямительных, так и в инверторных многофазных режимах работы преобразователей [1 - 3].

Однако необходимо отметить, что эффективность указанного способа компенсации в значительной степени зависит от характера потребителя электрической энергии и, соответственно, от способа управления преобразователями.

К преобразовательным агрегатам линий электропередач и вставок постоянного тока, электропривода, ряда электротехнологических установок и др. предъявляются требования глубокого и плавного регулирования выходного напряжения. В этом случае с целью поддержания эффективности работы компенсирующих устройств может быть рекомендовано их несимметричное включение, при котором функции компенсации реактивной мощности и управления разделены между вентильными группами агрегатов [ 1 ].

Ряд потребителей электрической энергии, таких как электролизные серии алюминия, цинка, меди, хлора, водорода, специальный электропривод и др., требуют обеспечение жесткой стабилизации выпрямленного тока. Режим стабилизации тока позволяет реализовывать технологии с повышенным выходом продукта при снижении потребления электрической энергии. С этой целью целесообразно применение перспективных компенсированных параметрических источников тока [4, 5 ] и компенсированных выпрямителей с быстродействующим дроссельным управлением [6, 7]. В первых принцип искусственной коммутации вентилей удачно сочетается с принципом параметрической стабилизации тока, а во вторых - с новым способом магнитного управления диодными преобразователями.

Иные требования предъявляются такими потребителями преобразованной энергии, как электрический транспорт, работающий на постоянном токе. Здесь более предпочтительным является режим стабилизации выпрямленного напряжения. Подобные технологии преобразования могут быть осуществлены путем реализации параметрических источников напряжения. Для этого в компенсированных преобразователях собственную частоту контуров коммутации вентилей выбирают такой, при которой обеспечиваются необходимые жесткие внешние характеристики преобразователей [ 1 ].

Эффективно применение искусственной коммутации вентилей выпрямителей в преобразователях частоты со звеном постоянного тока [ 8 ]. В этой технологии двойного преобразования энергии компенсированный выпрямитель наряду с повышением энергетических показателей в питающей сети может использоваться для ступенчатого емкостного регулирования мощности в выходной сети, а при необходимости рекуперации электрической энергии в питающую сеть - обеспечивать повышенную устойчивость выпрямителя при переходе его в инверторный режим работы.

Значительный интерес представляют также технологии мягкого пуска, останова и управления статическими и динамическими нагрузками с помощью компенсированных тиристорных регуляторов переменного напряжения [ 9 ].

В докладе приводятся необходимые сведения по осуществлению рассмотренных выше энергосберегающих технологий преобразования электрической энергии.

Литература

  1. Хохлов Ю.И. Компенсированные выпрямители с фильтрацией в коммутирующие конденсаторы нечетно - кратных гармоник токов преобразовательных блоков. - Челябинск: ЧГТУ, 1995. - 355 с.
  2. Khokhlov J.I. Electromagnetic compatibility of «The supply network - semiconductor converter system - load» complexes // Proceedings of international conference on electromagnetic compatibility ICEMC´ 95 KUL. Kuala Lumpur. - 1995. - P.197-199.
  3. Патент 2128394 (Российская Федерация). Трехблочная 2М - фазная компенсированная преобразовательная система электроснабжения Ю.И. Хохлова / Ю.И. Хохлов // Бюл. изобр. - 1999. - № 9.
  4. Патент 1403297 (Российская Федерация). Компенсированный преобразователь / Ю.И. Хохлов, К.Д. Гуттерман, Я.Л. Фишлер и др. // Бюл. изобр. - 1988. - № 22.
  5. Хохлов Ю.И., Хусаинов Ш.Н. Анализ стабилизирующих возможностей комплекса «питающая сеть - компенсированный параметрический источник тока - нагрузка // Электричество, 1985. - № 4. - С. 34-39.
  6. Патент 1781793 (Российская Федерация). Управляемый выпрямитель / Ю.И. Хохлов // Бюл. изобр. - 1992. - № 46.
  7. Хохлов Ю.И., Прохоров В.В. Способы дроссельного управления полупроводниковыми выпрямительными агрегатами // Промышленная энергетика, 2000. - № 5. - С. 47-49.
  8. Хохлов Ю.И., Дзюба М.А., Хусаинов Ш.Н. Исследование компенсированного преобразователя частоты // Вестник Южно - Уральского государственного университета. Серия Энергетика, 2001. - Выпуск 1. - С. 38-43.
  9. Патент 2192703 (Российская Федерация). Способ мягкого управления асинхронной электрической машиной / Ю.И. Хохлов // Бюл. изобр. - 2002. - № 31.

Библиографическая ссылка

Хохлов Ю.И. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ // Современные наукоемкие технологии. – 2004. – № 2. – С. 90-91;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=21662 (дата обращения: 17.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252