Способ компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической компенсации реактивной мощности в электрических сетях переменного тока, содержащих потребители реактивной энергии с переменным характером нагрузки. Цель изобретения - повышение качества напряжения электрической сети при одновременном упрощении схемы главного тока компенсирующего устройства. В данном способе увеличением скорости реакции компенсирующего устройства на включение реактивной нагрузки электрической сети путем фазового регулирования напряжения дросселя совместно с повышением точности отслеживания резких изменений реактивной нагрузки электрической сети достигают исключения колебаний напряжения в электрической сети и нагрузки источника питания. Кроме того, способ компенсации резкопеременных нагрузок, превьшающих по величине мощность дросселя, путем комбинации фазового регулирования напряжения дросселя с подключением резервных ступеней конденсаторной батареи и последующим возвращением этих ступеней и дросселя в исходный режим делает возможным уменьшить установленную мощность дросселя и ступень конденсаторной батареи, токи которых уравновешивают друг друга в исходном режиме . Блокировка включения больших реактивных нагрузок электрической сети (превьшающих мощность дросселя) при недостатке или отсутствии резервной мощности конденсаторной батареи и увеличение последней за счет отключения ранее подключенных ступеней с целью последующего повторного их включения при совместном фазовом регулировании напряжения дросселя исключает перегрузку источника питания и преждевременный ввод в работу (резервного источника питания, а осуществление контроля нагрузки источника питания в процессе вьшода в резерв подключенных ступеней конденсаторной батареи и запуск резервного источника питания при увеличении тока нагрузки рабочего источника питания установленного значения предупреждает срабатывание защиты последней от перегрузки и обесточивания электрической сети. 1 ил. (Л сд vj 4 О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЭилИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU „„1257746 д ца Н 02 3 3/18 а

Вл

) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I 13

1 ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3824967/24-07 (22) 12. 11. 84 (46) 15.09. 86. Бюл. йр 34 (71) Дальневосточное высшее инженерное морское училище им. адм. Г,И.Невельского (72) П.М.Радченко (53) 6 !1.3.072.86 (088.8) (56) Худяков В.А. и др. Управляемый статический источник реактивной мощности, Электричество, 1969, У 1.

Авторское свидетельство СССР

М 744841, кл. Н 02 J 3/18, 1978. (54) СПОСОБ КОИПЕНСАЦИИ СТАТИЧЕСКОЙ

И РЕЗКОПЕРЕМЕННОЙ РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической компенсации реактивной мощности в электрических сетях переменного тока, содержащих потребители реактивной энергии с переменным характером нагрузки. Цель изобретения — повьппение качества напряжения электрической сети при одновременном упрощении схемы главного тока компенсирующего устройства.

В данном способе увеличением скорости реакции компенсирующего устройства на включение реактивной нагрузки электрической сети путем фазового регулирования напряжения дросселя совместно с повьппением точности от.слеживания резких изменений реактивной нагрузки электрической сети достигают исключения колебаний напряжения в электрической сети и нагрузки источника питания. Кроме того, способ компенсации резкопеременных нагрузок, превьппающих по величине мощность дросселя, путем комбинации фазового регулирования напряжения дросселя с подключением резервных ступеней конденсаторной батареи и последующим возвращением этих ступеней и дросселя в исходный режим делает возможным уменьшить установленную мощность дросселя и ступень конденсаторной батареи, токи которых уравновешивают друг друга в исходном режиме. Блокировка включения больших реактивных нагрузок электрической сети (превьвнаюних мощность дросселн) при недостатке или отсутствии резервной мощности конденсаторной батареи и увеличение последней ва счет отключения ранее подключенных ступеней с целью последующего повторного 2 их включения при совместном фазовом регулировании напряжения дросселя Я . исключает перегрузку источника питания и преждевременный ввод в работу ,резервного источника питания, а осуществление контроля нагрузки источника питания в процессе вывода в резерв подключенных ступеней конден- С5 саторной батареи и запуск резервного источника питания при увеличении тока нагрузки рабочего источника питания вьппе установленного значения предупреждает срабатывание защиты по- 3 следней от перегрузки и обесточивания электрической сети. 1 ил.

Я 12577

Изобретение относится к электротехнике, в частности к средствам автоматической компенсации реактивНой мощности в электрических сетях переменного тока, содержащих потре5 бители реактивной энергии с переменным характером нагрузки.

Известно, что регулироваяие напряжения дросселя посредством изменения угла управления тиристорами его «О быстродействующего выключателя приводит к появлению в токе дросселя, а следовательно, н генератора высших гармонических. Это, в свою очередь, вызывает искаженяе формы кривой напряжения электрической сети, что является причиной циркуляции высших гармонических тока в электрической сети и ее нагрузке. Токи высших гармонических вызывают до- р полнительные потери электроэнергии и создают опасность перегрузки конденсаторной батареи, сопротивление которой обратно пропорционально номеру высшей гармонической. Поэтому для устранения негативных явлений, сопутствующих фазовому регулированию напряжения дросселя в состав компенсирующего устройства вводят фильтры высших гармонических путем включения последовательно с конденсаторами каждой ступени конденсаторной батареи индуктивных сопротивлений— реакторов. Это приводит к увеличению габаритов и веса компенсирующего устройства и дополнительных затрат элек- - троэнергии. Предлагаемый способ, при сохранении в установившихся режимах номинального напряжения дросселя вследствие применения ступенчато-ре4Î гулируемого принципа компенсации реактивных нагрузок электрической сети, позволяет устранить отмеченные негативные явления, т.е, искажение формы кривой напряжения электричес. кой сети и дополнительные потери от токов высших гармонических, и о .;казаться от использования реактивов, Компенсация резкоперемеяных ре- активных нагрузок электрической сети путем фазового регулирования напряжения дросселя характеризуется большим быстродействием и более точным отслеживанием всплеска реакПюного тока нагрузки электрической сети по сравнению с подключением группы ступеней конденсаторной бата-", реи, так как известно, что с цельк. исключения бросков зарядных токов

4б 3 при включении конденсаторов следует дождаться момента, когда мгновенное значение напряжения сети равно остаточному напряжению на конденсаторах с обратным знаком для каждой фазы в отдельности, согласно предлагаемому способу путем увеличения скорости реакции компенсирующего устройства на включение реактивной нагрузки электрической сети фазовым регулированием напряжения дросселя ъместо подключения ступеней конденсаторной батареи одновременно с по" вышением точности отслеживания резких изменений реактивной нагрузки электрической сетя достигают исключения колебаний напряжения в электрической сети и нагрузки источника питания. Кроме того, предлагаемый способ компенсации резкопеременных нагрузок электрической сети, превышающих по величине мощность дросселя, путем комбинации фазового регулирования напряжения дросселя с подключением резервных ступеней кояд ясаторяой батаоеи и последующим возвращением э""èõ ступеней и дросселя в исходный режим позволяет уменьшить установленную мощность дросселя и ступень конденсаторной батареи, токи которых уравновешивают друг друга в исходном (устаяовившемся) режиме.

Блокировка включения больших реактивных нагрузок электрической сети (превышающих мощность дросселя) при недостатке или отсутствии резервной мощности конденсаторной батареи и увеличение последней путем отключения ранее подключенных ступеней с целью последующего повторного их включения при фазовом регулировании напряжения дросселя исключает перегрузку источника питания и преждевременный ввод в работу резервного источника питания, а осуществление контроля яагрузки источника питания

F: процессе вывода в резерв подключенных ступеней конденсаторной батареи и зацу резервного источника питания при увеличении тока нагрузки рабочего источника питания выше установленного значения предупреждает

«срабатывание защиты последнего от перегрузки н обесточивания электрической сети.

На чертеже изображена прияцчпиальяая схема компеясярувщего устрой1257746 ства, реализующего предлагаемый способ.

Компенсирующее устройство состоит из индуктивного элемента — дросселя 1, и конденсаторной батареи, разделенной на ступени 2-5, мощности которых находятся в отношении

1:2:4:4. Причем единичная мощность наибольших ступеней 4 .и 5 равны мощ10 ности дросселя, Дроссель 1 и первые три ступени 2-4 конденсаторной батареи подключены через быстродействующие тиристорные коммутаторы 6 и 7 и электрическую сеть 8 к истач««5 нику 9 питания, например к синхронному генератору. Одна из наибольших ступеней 5 конденсаторной батареи подключена к электрической сети непосредственно. В состав смешанной нагрузки электрической сети входят реактивные нагрузки 10. 1 и 10.2, например асинхронные электродвигатели.

Эти нагрузки подключаются к электри25 ческой сети посредством коммутационных аппаратов 11, например магнитных пускателей. Изменения реактивной нагрузки электрической сети регистрируются датчиком 12 реактивного тока, содержащим два выхода 13 и 14, на одном (13) из которых формируется быстродействующий сигнал изменения реактивной нагрузки сети в переходной период, а на другой (14) — задержанный сигнал изменения реактивной35 нагрузки сети в установившихся режимах, Сигналы, пропорциональные изменениям реактивной нагрузки электрической сети, направляются в блок 15 управления, снабженный выходами 40

16-18, через которые эти сигналы передаются в блок 19 фазового регулирования напряжения дросселя и блок 20 формирования импульсов управления. тиристорами быстродействующих комму- 45 татаров 7, включающих ступени конденсаторной батареи. Величина нагрузки источника питания контролируется датчиком 21 тока. В зависимости от соотношения мощностей дросселя и ре- 50 активных нагрузок последние разделяются на две группы. Первую группу образуют реактивные нагрузки 10.1, пусковые мощности которых меньше мощностч дросселя. Вторая группа фор-55 мируется из реактивных нагрузок 10.2 ,с пусковыми мощностями, превышающими мощность дросселя.

Реактивный ток источника питания не должен превышать заданное значение, В исходном режиме к электрической сети подключается на номинальное напряжение электрической сети дроссель 1 и равная ему по мощности ступень 5 конденсаторной батареи. В этом режиме напряжение управления, формируемое блоком 15 управления на своем выходе 16 и подводимое к блоку 19 фазового регулирования, равно нулю.

Ему соответствует полное открытие тиристоров быстродействующего коммутатора 6, т.е. тиристоры работают при нулевом угле управления. Суммарный реактивный ток Е компенсирующего устройства, определяемый как

I К IC5 IL где I u I — номинальные токи ступени 5 конденсаторной батареи и дросселя соответственно, равен нулю, В исходном режиме ступени 2-4 конденсаторной батареи отключены.

Включается реактивная нагрузка 10 электрической сети — асинхронный двигатель, пусковой ток которого меньше номинального тока дросселя и является,.как известно, реактивным.

Датчикам 12 реактивного тока измеряется изменение реактивной составляющей тока нагрузки источника 9 питания по отношению к заданному и на

его выходе 13 формируется быстродействующий сигнал, пропорциональный изменению этого тока в период разгона асинхронного двигателя. Этот сигнал посылается в блок 15 управления, на выходе 16 которого формируется напряжение управления, в соответствии с которым посредством блока 19 фазового регулирования увеличивается угол управления тиристорав быстродействующего коммутатора 6.

При этом напряжение и так дросселя уменьшается на величину приращения реактивного тока нагрузки источника питания, а результирующий ток компенсирующего устройства в соответствии с формулой (1) увеличивается на ту же величину, компенсируя увеличение реактивного тока нагрузки источника питания относительна заданного значения. По окончании разгона

1257 асинхронного двигателя и уменьшения его пускового тока до номинального значения быстродействующий сигнал на выходе 13 датчика 12 реактивного то- ка и напряжение управления на выходе

16 блока 15 управления снова равны нулю. В результате того напряжение и ток дросселя восстанавливаются до номинальных величин, а результирующий ток компенсирующего устройства

3Q возвращается к нулевому значению.

По истечении установленной выдержки

° времени на выходе 14 датчика 12 реактивного тока формируется сигнал,, пропорциональный увеличению реактивf$ ного тока нагрузки источника 9 питания в установившемся режиме, Этот сигнал воздействует на блок 15 управления, посредством которого на его выходе 17 вырабатывается сигнал

20 включения наименьшей резервной ступени 2 конденсаторной батареи, и с помощью блока 20 формирования импульсов преобразуется в импульсы управления тиристорами быстродействующего коммутатора 7 ступени 3. В результате этого ток компенсирующего устройства увеличивается: к с с

В результате компенсируется приращение реактивного тока нагрузки источника 9 питания в установившемся режиме.

Если необходимо включить реактивную нагрузку 10.2 электрической сети, пусковой ток которой превышает номинальный ток дросселя, то B магнитном пускателе 11 этой нагрузки

Формируется сигнал на включение, который посылается в блок 15 управления. В блохе управления, после получения этого сигнала, контролируются номера подключенных ступеней конденсаторной батареи и ступеней, находящихся s резерве. Если окажется, что в момент поступления этого сигнала на включение реактивной нагрузки 10.2 ступень 4 конденсаторной батареи находится в резерве, то в блоке 15 управления формируются одновременно командные сигналы включения данной реактивной нагрузки и ступени 4 конденсаторной батареи, которые воздействуют на магнитный пускатель 11 и блок 20 формирования импульсов соответственно. Затеи, как и в предыдущем случае, датчиком 12

746

6 реактивного тока измеряется переходный ток нагрузки источника питания и на его выходе 13 формируется быстродействующий сигнал, пропорциональный изменению результирующего реактивного тока источника питания (1 — I } нь сч реактивная составляющая пус ового тока нагрузки Iz> тока ступени 4 конденсаторной батареи.

Этот сигнал воздействует на блок 15 управления, посредством которого вырабатывают напряжение управления. В соответствии с его величиной с помошью блока 19 фазового регулирования увеличивается угол управления тиристоров быстродействующего коммутатора б, а следовательно, уменьшаются напряжение и ток дросселя на величину, равную разности (2 „„ -1 ц ) нескомпенсированного переходного тока нагрузки источника питания после одновременного подключения реактивной нагрузки электрической сети и ступени 4 конденсаторной батареи. По окончании переходного процесса в реактивной нагрузке 10.2 в момент установления нулевого сигнала на выходе 13 датчика 12 восстанавливается номинальное напряжение и ток дросселя и отключается ступень 4 конденсаторной батареи. По истечении выдержки времени на выходе 14 датчика 12 реактивного тока формируется сигнал, пропорциональный изменению реактивного тока источника питания в установившемся режиме. Этот сигнал воздействует на блок 15 управления, вырабатывающий командный сигнал включения резервной ступени конденсаторной батареи в соответствии с программой их переключения при ступенчатом регулировании по коду

1:2:4, Блок 20 Формирования импульсов осуществляет соответствующие переключения этих ступеней.

Если в момент поступления в блок

15 управления сигнала на включение большой реактивной нагрузки 10.2 окажется, что ступень 4 конденсаторной батареи уже включена в электрическую сеть, а суммарная резервная мощность конденсаторной батареи меньше мощности дросселя, то в блоке управления формируется сигнал блокировки включения указанной реактивной нагрузки и одновременно вырабатывается командный сигнал отключения в резерв ступени 4 конденсатор1257

7 ной батареи. При этом датчик 21 тока контролирует величину возрастающего тока нагрузки источника питания.

После этого в блоке управления снимается блокировка и одновременно фор5 мируются разрешающий сигнал вк1почения реактивной нагрузки 10.2 и сигнал повторного включения ступени 4 конденсаторной батареи. Датчик 12 реактивного тока измеряет изменение результирующего реактивного тока нагрузки (I -I|.„ ) источника питания и формирует на его выходе 13 быстродействующий сигнал, который включает упомянутую программу изменения напря- 15

-жения и тока дросселя и последующего их восстановления по окончании переходного процесса в реактивной нагрузке 10.2. Ступень 4 конденсаторной батареи остается подключенной к 20 электрической сети. По истечении выдержки времени на выходе 14 датчика 12 реактивного тока формируется сигнал о приращении реактивной нагрузки источника питания в устано- 25 вившемся режиме, который посредством блока 15 управления и блока 20 фор-мирования импульсов воздействует на быстродействующие коммутаторы 7 резервных ступеней конденсаторной батареи и включает их.

Если после вывода в резерв ранее подключенной ступени 4 конденсаторной батареи, предпринятого по сигналу поступившего сигнала на включение большой реактивной нагрузки 10.2 в условиях недостатка требуемого резерва мощности конденсаторной батареи, полный ток нагрузки генератора, который контактируется датчиком 21

40 тока, становится выше установленного значения, то этот датчик формирует сигнал перегрузки источника питания, который в блоке .15 управления блокирует включение заявленной реактивной

45 нагрузки и введенной врезерв ступени 4 конденсаторной батареи, Одновременно на выходе 18 блока 1S управления формируется сигнал ввода в действие резервного источника питания. Благодаря включению последнего в электрическую сеть снимается сигнал перегрузки с выхода датчика 21 тока, формируя в блоке 15 управления разрешающие сигналы включения заявленной реактивной нагрузки и ступе-. ни 4 конденсаторной батареи, Остальные операции по управлению дросселем и ступенями конденсаторной ба- тареи повторяются в известной последовательности, Техническими преимуществами способа компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки являются: отсутствие искажения синусо идальных кривых тока и напряжения электрической сети и компенсирующего устройства в установившихся режимах; отсутствие колебаний напряжения электрической сети, обусловленных резкими изменениями величины ее реактивной нагрузки; упрощение схемы главного тока конденсаторной батареи путем исключения необходимости применения реактивов в цепи конденсаторов каждой ступени; улучшение условий электросовместимости электротехнических устройств электрической сети.

Формула изобретения

Способ компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки компенсирующим устройством, содержащим индуктивный элемент, например дроссель и многоступенчатую конденсаторную батарею, подключенные через быстродействующие тиристорные коммутаторы и электрическую сеть к источнику питания, заключакнцийся в том, что изменяют напряжение дросселя путем фазового регулирования его быстродействующего тиристорного коммутатора и переключают ступени конденсаторной батареи, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения качества напряжения электрической сети при одновременном упрощении схемы главного тока компенсирующего устройства, предварительно подключают дроссель и наибольшую ступень конденсаторной батареи, равную по величине мощности дросселя, на номинальное напряжение электрической сети, уменьшают напряжение дросселя в момент включения реактивной нагрузки электрической сети на величину приращения этой нагрузки, восстанавливают номинальное напряжение дросселя по окончании переходного процесса в реактивной нагрузке электрической сети, формируют сигнал приращения реактивной нагрузки электрической сети в установившемся режиме, подключают этим сигналом резервные ступени конденсаторной батареи, при

1257

Составитель О.Наказная

Техред Л. Сердюкова

Корректор А.Обручар

Редактор Л.Пчелинская

Эаказ 5034/53 Тираж 612

ВНИИПИ Государственнога комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Иосква, >К-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r.ÓKãîðoä, ул. Проектная, 4

9 включении реактивной нагрузки электрпческой сети, превышающей по величине мощность дросселя, формируют предварительно сигнал на включение этой нагрузки, контролируют наличие резервных ступеней конденсаторной батареи, при наличии резервной мощности конденсаторной батареи не меньше мощности дросселя включают одновременно реактивную нагрузку электрической сети и резервные ступени конденсаторной батареи, в сумме равные мощности дросселя, регулируют напряжение дросселя указанным путем, отключают резервные ступени конденсаторной бата- IS реи по окончании переходного процесса в реактиной нагрузке электрической сети, а при отсутствии указанного резерва мощности конденсаторной батареи в момент поступления 20 сигнала на включение нагрузки блокируют включение реактивной нагруэки электрической сети, увеличивают резервную мощность конденсаторной батареи до требуемой величины путем отключения части ее подключенных ступеней, контролируя при этом величину тока нагрузки источника питания, снимают блокировку и включают одновременно реактивную нагрузку электрической сети и резервные ступени конденсаторной батареи, регулируют напряжение дросселя указанным путем, при увеличении тока нагрузки источника питания выше установленного значения, вызванном переводом части подключенных ступеней конденсаторной батареи в резерв, формируют сигнал перегрузки источника питания, блокируют этим сигналом включение реактивной нагрузки электрической сети и резервных ступеней конденсаторной батареи и одновременно вводят в работу резервный источник питания.