Статический источник реактивной мощности (его варианты)

 

1. Статический исто 1нйк реакг , /« ге;;;; : - .U- 1 тивной М01ДНОСТИ, содержащий для каЖцой фазы сети неуправляемую цепь . из 11оследовательно соединенных неуправляемого реактора и конденсаторной батареи и Управляемую индуктивную цепь, первым выводомподключеннуй к фазе сети, а вторым - к общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, о т л и ч а .ю щи и с я тем, что, с целью уменьшения установленной мощности, повышения надежности и устранения высших гармоник, генерируемых в.сеть, сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,524 ,5% от сопротивления конденсаторНой батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепь выполнена (О линейной, причем неуправляемые цепи соединены в электрический треугольс ник, к вершинам которого подключены фазы трехфазной сети, а первый: вывод каждой из управляемых индуктивных цепе;й собяинен с фазой сети, не соединенной с неуправляемым реактором той неуправляемой цепи, к которой подключена данная управляемая индуктивная цепь своим вторым выводом .. со сл 2.Источник по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что первые яыво.ды управляемых индуктивчых цепей -ч| подключены к нулевой фазе сети, 3.Источник по п. 1, о т л и ч аND СП . ю щ и и с я тем, что первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подсоединены к фазе сети, подключе,ной к вершине электрического треугольЪика , противоположной по отношению к сторЬне, к которой подключен второй вывод данной управляемой цепи. 4.Источник по .п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что управляемые индуктивные цепи включены параллельно конденсаторным батареям. 5.Источник по пп. 174, о т л и .чающийся тем, что неуправля

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1 2 А э(Я) Н 02 4 3 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ.(21) 3224978/24-07 ((22). 24.12.80 (46) 15.08.83. Бюл. Р 30 (72) К.Д.Гуттерман, А.К.Шидловский,.

A.Ä.Ìóçû÷åíêî, A.Ï.Tðîôèìåíêo, Я.Л.Фишлер, В.В.Володин, Л.М.Пестряева и В.П.Светоносов (71> Специальное. конструкторское

"бюро тяжелых цветных металлов при

Государственном ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательском институте цветных металлов

"Гинцветмет" (53) 621.316,724(088.8) (56) 1 . Авторское свидетельство СССР

Р .353314, кл. Н 02 J 3/18,. 1970..

2. Патент Швейцарии Р 536568, кл. Н 02 J 3/18, 1973.

3 ° Гумановский Б.St. Тиристорные источники реактивной мощности с индукционным накопителем в цепи выпрямленного тока. Автореф. дис. на.соиск, учен. степени канд.тех.наук. Горький, 1973, с. 24.

4. Авторское свидетельство- СССР

Р 567521,кл. Н .02 J 3/18, -1976 °

5. Заявка Франции Р 2195860, кл.. Н 02 J 3/18, 1975 б. Заявка Франции Р 2232857, кл. Н 02 J 3/24, 1975.

7. Авторское свидетельство СССР

Р 251662 кл. Н 02 J 3/18, 1962.

8. Авторское свидетельство СССР

Р 257595, кл. Н 02 J 3/18, 1966, 9. Авторское свидетельство СССР. М 493856, кл. H 02 J 3/18,- 1974, 10. Милях A,Н. и др. Индуктивнощакостные преобразователи. Киев, "Наукова думка", 1964, с. 24-25.

11. Крайз A.Ã., Лейтес Л.В; Об индуктивных устройствах для статических компенсаторов реактивной мо ности. -"Электричество", Р 10,1979. (64). СТАТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК PEAKTHB

НОЙ МОЩНОСТИ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) .1. Статический источник реак-. тивной мощности, содержащий для каждой фазы сети неуправляемую цепь из последовательно соединенных неуправляемого реактора и конденсаторной батареи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети, а вторым - к общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, о т л и ч а .ю шийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности, повышения надежности и устранения высших гармоник, генери- . руемых в.сеть, сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,524,5% от сопротивления конденсаторной батареи на частоте сети, а управ-I ляемая индуктивная цепь выполненалинейной, причем неуправляемые цепи соединены в электрический треугольник, к вершинам которого подключены С фазы трехфазной сети, а первый вывод каждой из управляемых индуктив- Я ных цепей соединен с фазой сети, не соединенной с неуправляемым реактором той неуправляемой, цепи, к кото- . рой подключена данная управляемая индуктивная цепь своим вторым выво- („„,) дом.

2. Источник по п. 1, о т л и ч а- ; 4Ю ю шийся тем, что первые выво- (д ды управляемых индуктивных цепей подключены к нулевой фазе сети.

3. Источник по п. 1, о т л и ч а- ф ю шийся тем, что первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи 1аФ подсоединены к фазе сети, подключенной к вершине электрического треугольника, противоположной по отношению ) 3@ к стороне, к которой подключен второй вывод данной управляемой цепи.

4. Источник по .и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что управляемые индуктивные цепи включены параллельно конденсаторным батареям.

5, Источник по пп. 1-,4, о т л ич а ю шийся тем, что неуправля1035725 емые индуктивные цепи выполнены в виде реакторов с отпайками, которые через коммутирующие ключи соединены с фазами сети.

6. Источник по пп. 1-4, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью устранения перенапряжений на обесточенных участках реакторов с отпайками, управляемые индуктивные цепи выполнены в зиле.неуправляемых реакторов, подключенных через регулируемые трансформаторы или автотрансформато рыа

7. Статический источник реактивной моцности, содержащий для каждой фазы сети неуправляемую цепь из последовательно соединенных неуправляе мого. реактора и конденсаторной бата.реи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети, а вторым — К общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности, повышения надежности и устранения высших гармоник, генерируемых в сеть сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,5-24,5% от сопро тивления конденсаторной батареи на частоте сети, а управляемая индуктив. ная цепь выполнена линейной, причем неуправляемые цепи соединены в звезду, к лучам которой подключены фазы питающей сети.

8. Источник по п. 7, о т л и ч аю шийся тем, что в звезду соединены конденсаторные батареи неуп« равляемых цепей, а первый вывод каждой уцравляемой индуктивной цепи подключен к отстакицей или опережающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с той неуправляемой цепьнр к которой подсоединен второй вывод данной управляемой цепи, причем подключение первых выводов управляемых индуктивных цепей осуществлено циклически.

9. Источник по п. 7, о т л и ч аю шийся тем, что в звезду соединены неуправляеьые реакторы неуправляемых цепей, а управляемые индуктивные цепи включены параллельно конденсаторным батареям .

10. Источник по пп. 7-9, о т л и,ч а ю ц и и с я тем, что, неуправляемые индуктивные цепи выполнены в .виде реакторов с отпайками, которые через коммутирующие ключи соединены с фазами сети.

11. Источник по пп. 7-9, о т л ич а ю ц и и с я тем, что, с целью устранения перенапряжений на обесточенных участках реакторов с отпайками, управляемые индуктивные цепи выполнены в виде неуправляемых реакторов, подключенных через регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

12. Статический источник реактивной мощности, содержащий. для каждой фазы сети неуправляемую цепь нз последовательно соединенных неуправлямого реактора и конденсаторной батареи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети, а вторым — к общей трчке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, о т л ич а ю ц и и с я тем, что, с целью уменьшения установленной мощности, повышения надежности и устранения высших гармоник, генерируемых в сеть,,сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,5-24,5В от сопротивления конденсаторной батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепь . выполнена линейной, причем неуправляеэаае цепи выводами реакторов подключены ,к фазам сети, а конденсаторные батареи соединены между собой в электрический треугольник °

13. Источник по п. 12, о т л ич а ю шийся тем, что первый вы вод каждой управляемой индуктивной цепи подключен к опережающей или отстающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с данной управляемой индуктивной цепью через неуправляемый реактор, причем подключение первых выводов управляемых индуктивных цепей осуществлено циклически.

14. Источник по п. 12, о т л и— ч а ю шийся тем, что первые выводы управляемых индуктивных цепей подсоединены к нулевой фазе сети.

15. Источник по пп. 12-14, о тл и ч а ю ц и и с я тем, что неуправляемые индуктивные цепи выполнены в виде реакторов с отпайками, которые через коммутируюцие ключи соединены с фазами сети.

16. Источник pro пп. 12-14, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью устранения перенапряжений на обесточенных участках реакторов с отпайками, управляемые индуктивные цепи выполнены в виде неуправляемых; реакторов, подключенных через регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

1035725

Изобретение относится к электро- Эта-схема получена из схемы эамеще технике и может быть использовано ния реактора-трансформатора.. для компенсации реактивной мощности Если исходить из такой схемы, и для стабилизации напряжений в .. . то сопротивление неуправляемого реак- . электрических сетях. тора составляет около 50% от сопроИэвестные статические источники тивления конденсаторной батареи. При реактивной мощности (ИРМ) можно раз- таких параметрах данный компенсатор делить на два класса: — с преобра- . реактивной мощности имеет большую эованием частоты тока в накопителе установленную мощность и низкий энергии (конденсаторе или дроссе коэффициент использования конденсале) 1- 4 ; ц — без преобразования 0 торной батареи в режиме максимальчастоты тока в накопителе 5-9). ной генерации реактивной мощности в

Недоста.ком ИРМ I класса является сеть f вентили закрыты), так как оконаличие высших гармоник в кривой се- ло половины мощности конденсаторной тевого тока, что сдерживает их при- батареи компенсирует неуправляемый .менение в сетях энергосистем. Кроме то- 35 реактор. При неопределенности соотго,для практйческой реализации схем ношения неуправляемого реактора и этих ИРМ требуются мощные полупроводни- конденсаторной батареи возможен ковые вентили с полным управлением, резонанс на одной из гармоник сети, которые пока еще находятся в стадии что приводит к перегрузке конденсаразработки, вследствие чего исполь- 20 торной батареи, а также при наличии зуют неполностью управляемые венти- вентилей с фаэным управлением, котоли, а именно — тиристоры с узлами рые будут генерировать высшие гармоискусственной коммутации, что ведет ники тока, к возникновению автопарак неоправданному удорожанию .и .сниже- метрических колебаний. Кроме того, нию устройств., регулирование индуктивной мощности

Наибольшее применение получилй управляемого реактора с помощью укаисточники N класса с использованием занных вентилей с фазным управле управляемых реакторов и нерегулиру- нием приводит к генерации. высших емых конденсаторных батарей ° гармоник тока в питающую сеть, котоНедостатками этих устройств явля- рые также перегружают конденсаторются большая установленная мощность, ную батарею, что приводит к снижеi 30 малая надежность, вследствие незащи- нию ее надежности. щенности конденсаторной батареи от целью изобретения является уменьтоков высших гармоник, наличие выс- шение установленной мощности, повыших гармоник в Кривой генерируемого шение надежности и устранение выстока в случае регулирования мощнос- З - ших гармоник тока, генерируемых в ти управляемых реакторов изменением сеть . напряжения на них с помощью измене- B первом варианте выполнения в ния угла зажигания. тиристоров. . статическом источнике реактивной

Индуктивно-емкостные источники мощности, содержащем для каждой фатока также могут быть источниками 40 зы,сети неуправляемую цепь из послереактивной мощности, если в них . довательно соединенных неуправлнемовместо нагрузки подключить управля- го реактора и конденсаторной батаемый реактор (10) . - реи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к Фазе

В источниках тока неуправляемый 45 сети, а вторым — к общей точке соеди-. реактор и конденсаторная батарея - нения конденсаторной батареи и неупнастроены в резонанс, вследствие . - равляемого реактора, сопротивление . этого ИРМ, выполненные на базе дан- неуправляемого реактора сОставляет ных источников, имеют большую уста- 11,5-24,5Ъ от сопротивления конденновленную мощность. Кроме того, та- . 50 .саторной батареи на частоте сети, кие устройства имеют невысокую на- а управляемая индуктивная цепь выдежность, вследствие возникновения . полнена линейной,.причем неуправляебольших перенапряжений на конденса- мые цепи соединены в электрический торной батарее и неуправляемом реак- треугольник, к вершинам которого торе при разрывах в цепи управляемо» подключены фазы трехфазной сети, а го реактора. первый вывод каждой из управляемых наиболее близким по технической индуктивных цепей соединен. с фазой сущности к предлагаемому устройству . сети, не соединенной с неуправляемым является статический компенсатор . реактором той неуправляемой цепи, реактивной мощности, который состо- к которой подключена данная управ,ит иэ последовательно соединенных- 60 ляемая индуктивная цепь своим вторым неуправляемого реактора и конденса- выводом. торной батареи и управляемой индук- С целью уменьшения напряжения на тивной цепи, состоящей из реактора конденсаторных батареях при уменьшен встречно-параллельно включенных нии реактивной мощности, генерируевентилей с фазным управлением 11) 5 мой в сеть, первые выводы управляе1035725 мых цепей подключены к нулевой фазесети.

С целью уменьшения установленной мощности конденсаторных батарей, первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подсоединен к фазе сети, подключенной к вершине электрического треугольника, противоположной по отношению к стороне, к которой подключен второй вывод данной управляемой цепи. Управляемые индуктивные цепи также включаются параллельно конденсаторным батареям.

Во втором варианте выполнения в статическом источнике реактивной мощности, содержащем для каждой фазы сети неуправляемую цепь из последовательно соединенных неуправляемого реактора и конденсаторной батареи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети, а вторым — к общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,5-24,5% от сопротивления конденсаторной батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепь выполнена линейной, причем не,управляемые цепи соединены в звезду, к лучам которой подключены фазы пи- тающей сети.

В звезду соединены конденсаторные батареи неуправляемых цепей, а первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подключен к отстающей или опережающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с неуправляемой цепью, к которой подсоединен второй вывод данной управляемой индуктивной цепи, причем подключение первых выводов управляемых индуктивных цепей осуществлено циклически.

В звезду соединены неуправляемые реакторы неуправляемых цепей, а управляемые индуктивные цепи включены параллельно конденсаторным батареям.

В третьем варианте выполнения ста тическом источнике реактивной мощности, содержащем для каждой фазы сети неуправляемую цепь из последовательно соединенных неуправляемого реактора и конденсаторной батареи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе .сети ,.а вторым ; к общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправля.емого .реактора, сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,524,53 от сопротивления конденсатор.ной батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепь выполнена линейной, причем неуправляемые цепи выводами реакторов подключены к фазам,сети, а конденсаторные бата реи.соединены между собой в электрический треугольник.

Первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подключен к опережа-. ющей или отстающей фазе сети по -- . отношению к фазе, соединенной с данной управляемой индуктивной цепью через неуправляемый реактор, причем подключение первых выводов управляемых индуктивных цепей осуществлено циклически.

Первые выводы управляемых индуктив10 ных цепей подсоединены к нулевой фазе сети.

Для всех трех вариантов выполнения статического источника реактивной мощности неуправляемые индук)5 тивные цепи могут быть выполнены в виде реакторов с отпайками, которые через коммутирующие ключи (например,. тиристорные) соединены с фазами сети.

С целью устранения перенапряжений на обесточенных участках реакторов с отнайками, управляемые индуктивные цепи выполнены в виде неуправляемых реакторов, подключенных через регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема ИРМ по первому варианту выполнения, на фиг. 2 — то же, при подключении первых выводов управляемых индуктивных цепей к нулевой фазе на фиг. 3 — то же, при подключении первого вывода каждой управляемой цепи к фазе сети, подключенной к вершине электри еского треугольника, противоположной по отношению к стороне, к которой подключен второй вывод данной . управляемой цепи, на фиг. 4 - то же, при подключении управляемых индуктивных

40 цепей параллельно конденсаторным батареям, на фиг. 5 — принципиальная схема ИРМ по второму варианту выполнения, на фиг. б — то же, при соединении в звезду конденсаторных

45 батарей и при подключении первых выводов каждой управляемой индуктив.ной цепи к отстающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с той неуправляемой цепью, к которой подсоединен второй вывод даннОЙ управляемой цепи, на фиг. 7 - то же, при соединении в звезду неуправляемых реакторов и при подключении управ,ляемых индуктивных цепей параллельно конденсаторным батареям, на фиг. 8принципиальная cxeMa HpN no третьему варианту выполнения, на фиг, 9 - то же, при подключении первого вывода каждой управляемой индуктивной цепи ,к опережающей фазе сети по отноше60 нию к фазе, соединенной с данной управляемой индуктивной цепью через неуправляемый реактор, на фиг. 10 -. то же, при подключении первых выводов управляемых цепей к нулевой фазе сети.

1035725

На фиг. 11 - управляемая индуктйвная цепь, выполненная в виде реактора с отпайками, на фиг. 12 — управляемая индуктивная цепь, выполненная в виде неуправляемого реактора, подключенного через регулируемый трансформатор.

На фиг. 1-10 обозначено: А,Ь,Сфазы. сети; Lq, L<, Еq - неуправляе- мые реакторы, 0 - нулевая фаза сети, 1,2,3 †. фазы сети, которым подклю10 чейы первые выводы управляемых индуктивных цепей, („и, Е lq> -управляемые индуктивные цепи C« C, С конденсаторные батареи. На фиг.1012 обозначено: L> .- реактор с отпай- 15 ками, K - коммутирующие ключи, L> неуправляемый реактор, ТР— трансформатор.

Предлагаемые источники мощности . работают следующим образом. 20

При изменении мощности управляемых индуктивных цепей изменяется реактивная мощность, отдаваемая в сеть, которая определяется выражением 25

Осев" с 0 0у ( где Y Q - суммарная мощность кон денсаторных батарей, Z Ql - суммарная мощность неуправляемых реакторов, XQi, - суммарная мощность управляемых индуКтивных цепей. Управляемые индуктивные цепи выполняются линейныьп . Предлагается испольэовать реактор с отпайками (фиг. 11). В этом случае его мощность определяется индуктивным сопротивлением при

3 подключении i-й отпайки. При полном отключении реактора получаем максимальное значение мощности, генерируемой в сеть. Недостатком использования реактора с отпайками являет- 40 ся наличие перенапряжений на обесточенном участке реактора. Чтобы избежать этих нежелательных перенапряжений можно использовать в качест) ве управляемой индуктивной цепи не- 45

° управляемый реактор, подключейный через регулируемый трансформатор или автотрансформатор. В качестве коммутирующих ключей можно использовать как контактные, так и безкон- 50 тактные коммутаторы (например, тиристорные), причем последние более перспективны ввиду из быстродействия.

Неуправляемые реакторы предназначены для защиты конденсаторных батарей от токов высших гармоник, что резко повышает надежность ИРМ.

Величина индуктивного сопротивления неуправляемых реакторов выбирается с учетом уровня высших гармоник в сети и величины допустимого тока перегрузки конденсаторных батарей иэ условия ю

0 0; Ов

ВОх K -Хс+Х „-: +э„- . + ъ -« +) Х, у — +

1 где IK - ток конденсаторной батареи;

lAev,- максимальный допустимый ток кондесаторной батареи,, U„. — напряжение i-й гармоники, i — йорядковый номер гармоники, хс- сопротивление конденсаторной батареи на первой гармонике, х сопротивление неуправляемого реактора на первой гармонике, п — предельное значение порядкового номера, учитываемого в расчете гармоники. . Хс

В случае, если . "1 Х), то t Х= оо— это режим резонанса на 1-й гармонике (активные сопротивления ввиду их малости не учитываем); Следовательно, сопротивление. реактора нужно выбирать таким образом, чтобы не попасть в резонанс на первой или высших гармониках. При изменении сопротивления управляемой индуктивной цепи собственная резонансная частота ИРМ будет несколько изменяться.

Поэтому сопротивление неуправляемого реактора определяется из выражения (2) лишь предварительно. Окончательный его выбор можно осуществить, пРовеРив Условие 1„„П Ъ 1К ДлЯ всего диапазона регулирования реактивной мощности. Как показывают расчеты, сопротивление на первой гармонике неуправляемого реактора выбирается в диапазоне 11,5-24,5% от сопротивления конденсаторной батареи также на первой -гармонике.

Предлагаемый ИРМ позволяет как генерировать, так и потреблять реактивную мощность. Уменьшая сопротивление .управляемого реактора можно перейти в режим потребления реактивной мощности. Этот режим достигается при отключении конденсаторных батарей. В этом случае уменьшается установленная мощность управляемого реактора. .При снижении величины реактивной мощности,, генерируемой. в сеть, снижается напряжение на конденсаторных батареях, что ведет к повышению надежности последних. Количество вы-; ходов,.из строя конденсаторных батарей является функцией напряжения в 5-7 степени 10), . Схемы, приведенные на фиг. 2, 3, 4, б, 7, 9 и 10 имеют различную установочную мощность (отличие не превышает 5%), различные коэффициен ты использования конденсаторной батареи (ие болей 159),,которые определяются сопротивленийм неуправляемого реактора, различные диапазоны изменения резонансной частоты. Поэтому выбор схемы ИРМ должен осуществляться путем анализа и определения наибо лее оптимальной- схемы HPN с учетом конкретных параметров сети.

:Эффект от применения предлагаемых статических иаточимков реактивной

1035725

1 мощности по сравнению с известными заключается в повышении надежности конденсаторных батарей, которые яв- . ляются самыми ненадежными элементами в статических ИРМ; в снижении установленной мощности, в отсутствии

jl высших гармоник в генерируемОм в сеть реактивном токе °

Предлагаемые ИРМ могут быть использованы как энергосистемами в центрах питания, так и потребителями электрической энергии.

1035725

Фи8.8

8, С 3

Фи@И

К к

ВНИИПИ Заказ 5849/56

Тираж 617 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,ул.Проектная,4