Sterowanie w systemach kompensacji dużej mocy

i

zw,1 j.w.

k

S, ,eff

A I N S, ,effN

I

THD_iS

Rys. 3.29. Symulacja. Zmienność współczynnika THD prądu zasilającego w fazie A oraz wartości skutecznej prądu zasilającego w przewodzie neutralnym w funkcji względnej mocy zwarciowej w PCC. Charakterystyki uzyskane dla RKA pracującego

w trybie pełnej kompensacji prądu

3.6. Sterowanie w systemach kompensacji dużej mocy

Specyfika sterowania systemem RKA dużej mocy wynika z pracy równoległej modułów składowych systemu (podrozdział 2.3). Sterowanie RKA dużej mocy, opar-tym na pojedynczym, dwu- lub wielopoziomowym falowniku napięcia, jest zgodne ze sterowaniem, rozważanym w podrozdziałach od 3.1 do 3.5. W przypadku systemów

RKA z modułami pracującymi równolegle istotny, ze względu na sterowanie, jest podział na systemy z rozdzielonymi obwodami sprzęgającymi LCL (por. rys. 2.11) oraz ze zintegrowanym obwodem LCL (por. rys. 2.12).

System RKA z rozdzielonymi obwodami sprzęgającymi można traktować jako grupę kompensatorów (odpowiadających poszczególnym modułom mocy), pracują-cych w sposób niezależny. Jedyne wzajemne oddziaływanie na siebie poszczegól-nych, m-tych modułów mocy wynika ze zmienności napięcia zasilającego e_PCC w wyniku generowania prądów kompensujących i_2m. Zmienność napięcia jest zależna, zgodnie z (1.48), od względnej mocy zwarciowej k_zw,n w PCC, jednakże oddziaływa-nie pomiędzy modułami mocy RKA poprzez napięcie zasilające można pominąć wo-bec dużej odporności układu sterowania na jakość tego napięcia, wykazanej w pod-rozdziale 3.5. W rezultacie sterowanie w systemie RKA z rozdzielonymi obwodami sprzęgającymi realizuje się poprzez powielenie sterowania w każdym z modułów składowych systemu. Podział mocy pomiędzy modułami składowymi takiego syste-mu RKA zależy od specyfiki zastosowania kompensatora i w ogólnym przypadku realizowany jest poprzez nadrzędnie zadawany współczynnik, określający procento-wy udział poszczególnych modułów w realizacji prądu kompensującego całego sys-temu. Przykład wdrożonego systemu RKA z rozdzielonymi obwodami sprzęgającymi przedstawiono w podrozdziale 4.1.

Zadaniem układu sterowania systemem RKA ze zintegrowanym obwodem LCL jest wymuszanie prądu kompensującego iK poprzez generowanie odpowiednich prądów składowych i1m, wynikających z podziału mocy pomiędzy modułami pracują-cymi równolegle. Ujmując ogólnie, układ sterowania takim systemem może mieć postać:

 oddzielnych, niezależnych układów sterowania poszczególnymi modułami mocy systemu, realizujących odpowiednią część wymaganego prądu kompensującego (analogicznie do RKA z rozdzielonymi obwodami sprzęgającymi);

 jednego układu sterowania, wspólnego dla wszystkich modułów mocy, wypraco-wującego jednakowe, współdzielone sygnały sterujące tranzystorami poszczegól-nych falowników systemu.

Pierwsze z rozwiązań wymaga określonej odporności sterowania na:

 niesynchroniczną pracę modulatorów;

 różnice błędów systematycznych pomiarów zmiennych stanu obwodu sprzęgają-cego.

Integracja obwodu sprzęgającego systemu RKA z modułami pracującymi rów-nolegle stanowi analogię połączenia odpowiednich potencjałów fazowych kondensa-torów C obwodu LCL (por. rys. 2.12). Indukcyjność dławika L₂ odpowiada więc in-dukcyjności wynikającej z równoległego połączenia dławików składowych L_2m sys-temu z rozdzielonymi obwodami sprzęgającymi. W rezultacie w układzie sterowania (bez względu na sposób realizacji tego układu) zadawana jest indukcyjność L_2m = L₂/m (por. (2.35)). Konsekwencją integracji obwodu sprzęgającego jest wza-jemne oddziaływanie modułów składowych systemu kompensacji poprzez wspólne

napięcie u_c. Charakter tego oddziaływania wynika bezpośrednio z charakterystyki częstotliwościowej obwodu LCL, odpowiadającej transmitancji widmowej określonej od napięcia sterującego u do napięcia na kondensatorze u_c.

Charakterystykę taką pokazano na rysunku 3.30 i odniesiono do podstawowej charakterystyki obwodu LCL (od napięcia u do prądu i₂). Charakterystyka od u do u_c wskazuje na wysoki poziom tłumienia w zakresie częstotliwości związanych z modu-lacją impulsową. Właściwość ta w znacznym stopniu ogranicza wzajemne oddziały-wanie modułów mocy RKA w przypadku niezależnej, niesynchronicznej pracy mo-dulatorów impulsowych tych modułów, powodującej występowanie chwilowych różnic napięć wyjściowych poszczególnych falowników systemu. Należy zaznaczyć, że wzajemne oddziaływanie modułów mocy w zakresie rozpatrywanych częstotliwo-ści (odpowiadających częstotliwoczęstotliwo-ści Nyquista i wyższym) jest poza zakresem działa-nia algorytmów układu sterowadziała-nia nadrzędnych względem modulatora. Przeprowa-dzone badania potwierdziły brak zauważalnego wpływu wzajemnego przesunięcia czasowego początków okresów impulsowania T_imp poszczególnych modułów mocy zarówno na poziom tętnień w prądach składowych i_1m, jak i na jakość prądu kompen-sującego.

-60 -40 -20 0 20 40

Amplituda (dB)

10² 10³ 10⁴

-270 -225 -180 -135 -90 -45 0

Faza (deg)

Częstotliwość (Hz) uuc

fimp

ui2

Rys. 3.30. Charakterystyki częstotliwościowe obwodu LCL odpowiadające transmitancjom widmowym: od napięcia sterującego u do napięcia na kondensatorze u_c oraz do prądu i₂

Wzajemne oddziaływanie niezależnie sterowanych modułów mocy systemu RKA w zakresie częstotliwości odpowiadającym prądowi kompensującemu i_K wyni-ka zarówno z charakterystyki obwodu LCL określonej od u do u_c, jak i z właściwości

sterowania. Przeprowadzone badania wpływu błędów systematycznych pomiarów sygnałów sprzężeń zwrotnych na pracę RKA wykazały pełną odporność układu na różnice wzmocnień pomiarów (i_1,m, u_c oraz i_K) w uwzględnionym zakresie 10%.

Sformułowane powyżej wnioski wskazują na możliwość stosowania niezależne-go sterowania poszczególnymi modułami mocy systemu RKA ze zintegrowanym obwodem sprzęgającym LCL. Rozwiązanie takie zastosowano we wdrożonym syste-mie RKA dużej mocy, opisanym w podrozdziale 4.2.

Na rysunku 3.31 pokazano przebiegi wybranych prądów wokół PCC, odpowia-dających stanowi przejściowemu związanemu z załączeniem kompensowanego od-bioru nieliniowego. Wyniki uzyskano dla systemu RKA z dwoma niezależnie stero-wanymi modułami mocy. Przebiegi dowodzą prawidłowej pracy systemu RKA oraz zachowania jednakowych składowych prądów i₁₁ i i₁₂ modułów mocy zarówno w stanie przejściowym, jak i w stanie ustalonym.

0K

Rys. 3.31. Symulacja. Stan przejściowy związany z załączeniem kompensowanego odbioru nieliniowego. Kompensacja w systemie RKA ze zintegrowanym obwodem LCL, z dwoma

niezależnie sterowanymi modułami mocy. Przebiegi prądów: odbioru iL, zasilającego iS i prądów składowych modułów mocy systemu i₁₁ i i₁₂

Drugi z możliwych sposobów realizacji sterowania systemem RKA ze zintegro-wanym obwodem sprzęgającym LCL, polegający na zastosowaniu wspólnego algo-rytmu sterującego wszystkimi modułami mocy, wymaga połączenia obwodów DC poszczególnych falowników systemu, co pokazano linią kropkowaną na rysunku 2.12 w podrozdziale 2.3. Wymaganie to wynika z zastosowania wspólnej regulacji napię-cia u_DC. Wprowadzenie współdzielonego sterowania pozwala na uproszczenie obwo-dów sterujących systemu RKA, wpływając jednak ujemnie na możliwość skalowania systemu poprzez dobór wymaganej, wynikającej z zapotrzebowania liczby ustandary-zowanych modułów mocy. Wspólnie sterowany system RKA pracuje w sposób ana-logiczny do systemu z niezależnym sterowaniem poszczególnych modułów mocy.