Компенсатор реактивной мощности

 

Компенсатор реактивной мощности (КРМ), предназначенный для электрических сетей и электроустановок, обеспечивает выдачу или потребление регулируемой по ве личине реактивной мощности. Цель - улучшение технико-экономических показателей. В состав КРМ входит по крайней мере один СИ.ЛОВОЙ трансформатор и присоединенный к его вторичной обмотке один трехфазный выпрямительный мост, имеющий тиристорные и запираемые вентили, реактор , подключенный к полюса.м моста, конденсаторы для ограничения перенапряжений , включенные параллельно вторичной обмотке трансформатора, конденсаторы для перевода тока с тиристорных вентилей на запираемые, включенные в фазах моста между узлами соединения тиристорных и запираемых вентилей, а также устройства управления вентилями. Емкость конденсаторов в фазах моста определяется из условия приложения к тиристорным вентилям отрицательного анодного напряжения на время, не меньшее времени их выключения. При углах регулирования, близких к -90°, КРМ выдает реактивную мощность в трехфазную сеть, к которой присоединен его трансформатор . При углах регулирования, близких к -|-90°, КРМ потребляет реактивную мощность из трехфазной сети. Величина выдаваемой или потребляемой реактивной мощности регулируется изменением угла регулирования в диапазоне нескольких градусов. Основная отличительная особенность КРМ - обеспечение перевода тока с тиристорных вентилей на запираемые за счет включения конденсаторов в фазах выпрямительного моста. Это техническое решение по сравнению с известным (увеличение в тиристорных вентилях последовательно включенных тиристоров) имеет существенные технико-экономические преимущества: достигается уменьшение капзатрат и повышение КПД компенсатора. 2 ил. € (Л 4 05 NU to 4 1СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 Н 02 ) 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IA BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП(РЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4259180/24-07 (22) 09.06.87 (46) 07.03.89. Бюл. № 9 (7l ) Научно-исследовательскии институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (72) Л. Л. Балыбердин, B. Я. Меньшиков, А. В. Поссе и Ю, А. Шершнев (53) 621.316 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 136453, кл. Н 02 J 3/18, 1960.

Авторское свидетельство СССР № 1129696, кл. Н 02 J 3/18, 1983. (54) КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ

МОЩНОСТИ (57) Компенсатор реактивной MO!LIHOcTH (КРМ), предназначенный для электрических сетей и электроустановок, обеспечивает выдачу или потребление регулируемой по величине реактивной мощности. Цель — улучшение технико-экономических показателей.

В состав КРМ входит по крайней мере один силовой трансформатор и присоединенный к его вторичной обмотке один трехфазный выпрямительный мост, имеющий тиристорные и запираемые вентили, реактор, подключенный к полюсам моста, конденсаторы для ограничения перенапряжений, включенные параллельно вторичной

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических сетях и электроустановках для компенсации реактивной мощности.

Цель изобретения — улучшение техникоэкономических показателей ком пенсатора путем обеспечения перс-хода тока с тиристорных вентилей на запираемые без увеличения в тиристорных вентилях числа последовательно включенных тиристоров. обмотке трансформатора, конденсаторы для перевода тока с тиристорных вентилей на запираемые, включенные в фазах моста между узлами соединения тиристорных и запираемых вентилей, а также устройства управления вентилями. Емкость конденсаторов в фазах моста определяется из условия приложения к тиристорным вентилям отрицательного анодного напряжения на время. не меньшее времени их выключения, При углах регулирования, близких к — 90, КРМ выдает реактивную мощность в трехфазную сеть, к которой присоединен его трансформатор. При углах регулирования, близких к +90, КРМ потребляет реактивную мощность из трехфазной сети, Величина выдаваемой нли потребляемой реактивной мощности регулируется изменением угла регулирования в диапазоне нескольких градусов.

Основная отличительная особенность

КРМ вЂ” — обеспечение перевода тока с тиристорных вентилей на запираемые за счет включения конденсаторов в фазах выпрямительного моста. Это техническое решение по сравнению с известным (увеличение в тиристорнь вентилях последовательно включенных тиристоров) имеет существенные тсхнико-экономические преимущества: достигается уменьшение капзатрат и повышение КП3, компенсатора. 2 ил.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого компенсатора; на фиг. 2 — кривые напряжений н токов компенсатора в режиме выдачи реактивной мощности.

Компенсатор (фиг. 1) содержит трехфазный выпрямительный мост с вентилями 1 — 12, конденсаторы 13 — -15 для перевода тока е тиристорныi вентилей ", 4, 6, 8, 10 и 12 на запираемые вентили 1, 3, 5, 7, 9 и 11, трехфазный силовой трансформатор 16, через

1464245

3 который вьшрямительный мост присоединен к сети переменного тока, реактор 17, подключенный к полюсам моста, конденсаторы 18 для ограничения перенапряжений, вклк>ченные параллельно вторичной обмотке трансформатора 16 через трехфазный выключатель 19. Вентили 1 — 12 пронумерованы в порядке кх отпирания импульсами управления. В качестве запираемых веIITH.II é 1, 3, 5, 7, 9 и 11 изображены запираемые ткристоры, однако схема не изменитл1, если и кх качестве применить лучевые

3;lpI Tp()HI,ые лампы или силовые транзисторы.

Конденсатор 13 включают в фазе А вы11рямктельного моста между узлом, в котором соединены тиристсрные вентили 4 ". 10, к узлом, в котором соединены запираемые

Hv1lTHлк 7 к 1. Аналогично включены конденсаторы 14 и 15 соответственно в фазах В к С моста.

Г1рк указанном включении конденсаторов

13--15 фазные выводы А„В и С вторичной обмотки трансформатора 16 необходимо соединить соответственно с узлами А, В и С соединения тиристоркч>1х вентилей 2, 4, 6, 8, 10 к 12. Згкм достигаются протекание кх токов помимс конденсаторов 13--15 и протекание токов запираемых вентилей 1, 3, 5, 7, 9 и 11 через, этк конденсаторы 13 15. При прово;lHмостк запираемых вентилей 1, 5 и 9 токи через соответствующие конденсаторы 13- — 15 проходят в одном направлении, а при про1>одкмостк запираемых 1)ен1кдей 7, 11 и 3— г обратном направленкк. Зтим обеспечивае)ся перкодкческкк пер заряд конденсаторов 13--15.

Система управления компенсатором (фкг. !) содержит датчики 20 — 22 напряжения, подключеннь)е к к чденсаторам 13—

15, источники 23- — 25 первичных импульсов з:1п и раем ых вентилей к форм ировател к 26—

28 управляющих импульсов запираемых вент:м1ей, относящиеся соответственно к запираемь:м вен;Hлям 1, 5 и 9. источники 29 — -31

1; рвкчных импульсов тиристорных вентилей к формирователи 32- — 34 управляющих импульсов тиристорных вентилей, относя1циеся соответс-:венно к тиристорным вентилям

10 2 к 6, элементы 35--37 задержки и элемеп)ы И 38 — -10.

Устройства управления для вентилей 4, 7, 8, 1!, 12 к 3 анодной группы выполняютс 1 таккмк же, как для вентилей 10, 1, 2, 5, 6, к .-) катодной группы.

11а фкг. 2 на оси 41 построена трехфаз1ая система напряжений, подведен)1ых к узлам А, В и С выпрямктельного моста. Напри)кения 1.>> (in и U". — это фазные напряжения вторичной обмотки трансформато-. р;I 6 при холостом ходе. Г!оследовател ьность -лих напряжений определяет последоBd гель,)ость отпирания и включения вентилей 1-- 12. На оск 42 показаны временкр к вые ToKoB l I o, l > H II> тирксто1)ных

4 вентилей 10, 2 и 6 и токов il, 4 и 19 запираемых вентилей !, 5 и 9, на оси 43 — временные кривые токов THpHcTopHblx вентилей 12, 4 и 8 и запираемых вентилей 3, 7 и 11 на оси

44 — кривая напряжения U)з конденсатора 13.

Два входа элемента И 38 (фиг. 1) соединены с источником 30 первичных импульсов и датчиком 20 напряжения. Элемент

И 38 относится к запираемому вентилю 1, а источник 30 первичных импульсов — к тиристорному вентилю 2, т. е. к вентилю, который отпирается и включается следующим после вентиля 1. На элемент И 38 сначала поступает сигнал от источника 30 первичных импульсов, а затем от датчика 20 напряжения. После этого элемент И 38 пос.)лает сигнал на формирователь 26 управляющих импульсов, который выдает отрицательный (запирающий) управляющих импульсов на запираемый вентиль 1. В результате последний запирается в момент, когда напряжение конде;-;сатора 13 становится равным — -U- (с элементом И 38 соединен выход датчика 20 напряжения, на котором сигнал появляется при напряжении конденсатора !3 — tea).

-Другой выход датчика 20 напряжения соединен с входом элемента И, который относится к запираемому вентилю 7 (этот элемент И не показан). В результате запирание вентиля 7 происходит в момент, когда напряжение конденсатора 13 становится а равным +U

Аналогично входы элемента И 39 соединены с выходами источника 31 первичных импульсов и датчика 21 напряжения, а выход этого элемента И вЂ” с формирователем 27 управляющих импульсов. Второй выход датчика 21 напряжения соединен с входом элемента И, который относится к запираемому вентилю 11. Аналогично соединены элемент И 40, источник 29 первичных импульсов, датчик 22 напряжения и формирователь 28 управляющих импульсов. Втoрой выход датчика 22 напряжения соединен с входом элемента И, который относится к запираемому вентилю 3.

Работу компенсатора в режиме выдачи реактивной мощности рассматривают с помощью временных графиков (фиг. 2).

До момента il ток .1э протекает через тиристорный вентиль 10. В это зремя напряжение конденсатор". 13 UI< — — +U;> (положительный заряд на правой обкладке конденсатора). Благодаря этому к запираемому вентилк) 1 прилагается анодное напряжение выше напряжения включения этого вентиля.

В момент tl на запираемый вентиль 1 поступает положительный (отпирающий) управляющий импульс к так как его анодное напряжение имеет достаточную величину, то он включается. Под действием напряжения конденсатора 13 ток быстро переходит с ти1464245 ристорного вентиля 10 на запираемый вентиль 1. Ток i вентиля 1, проходя через конденсатор !3, производит его перезаряд.

В промежутке At напряжение конденсатора 13 Ui снижается от +Unco oдо величины, равной падению напряжения Ц,в запираемом вентиле 1, и поэтому в течение этого промежутка времени к тиристорному вентилю !О прилагается отрицательное анодное напряжение. Емкость конденсатора С

10 рассчитана так, что Ь)Ьыкл, Где tâêë — speмя выключения тиристорного вентиля. Благодаря этому обеспечивается условие для восстановления управляемости тиристорного вентиля 10 после того, как в момент t его ток упал до нуля (он не может включиться, 15 когда, спустя Ь, к нему прикладывается положительное анодное напряжение).

После момента ti через промежуток времени Ь... задаваемый элементом 35 задержки, производится отпирание тиристорного вентиля 2. Однако он еще не может включиться, так как в это время его анодное напряжение отрицательно. Промежуток Ь. выбирается таким, чтобы он был меньше промежутка t tq перез а ряда конденсатора 13.

В частности Ь .=Ь .-.. (тогда Ь;:. меньше Ь). 35

К моменту ig напряжение конденсатора 13 Unз становится равным — 11-. В этот момент времени датчик 20 напряжения посылает сигнал на вход элемента И 38. На другом входе этого элемента уже имеется сигнал, тек как t (t 4. Элемент И 38 по- Ю сылает сигнал на второй вход формирователя 26 управляющих импульсов и в результате этого на запираемый вентиль 1 поступает отрицательный (запираюший) управляющий импульс. Вентиль 1 запирается, ток i быстро снижается до нуля. При этом на тиристорном вентиле 2 анодное напряжеННе повышается скачком и становится положительным. Так как на его электроде управления уже имеется управляюший импульс, он сразу включается и начинает про- 40 пускать ток компенсатора.

Через половину периода (1/2 Т) после момента в момент 4 положительный (отпираюший) управляющий импульс поступает на запираемый вентиль 7. К этому моменту времени к запираемому венч илю 7 45 приложено положительное анодное напряжение, которое выше напряжения его включения (это обеспечено тем, что напряжение конденсатора 13 U!; = — U ° и положительный заряд имеет левая обкладка конденсатора 13). В результате запираемый вентиль 7 включается в момент t;, и под действием напряжения конденсатора 13 ток практически мгновенно переходит с тиристорного вентиля 4 на запираемый вентиль 7.

Под действием тока 17 запираемого вентиля 7 в промежутке t t; происходит перезаряд конденсатора 13: его напряжение Uiq изменяется от — L, до +U, При этом обеспечивается приложение отрицательного анод ного напряжения к тиристорному вентилю 4 на время Ь)Ь .

В момент t4, когда U» становится равным +U.-., датчик 20 напряжения посылает сигнал на элемент И, относящийся к запираемому вентилю 7. В результате происходят прекращение тока запираемого вентиля 7 и включение тиристорного вейтиля 8.

Аналогично протекают процессы с перезарядом конденсаторов 14 и 15 и переходами тока тиристорных вентилей на запираемые в фазах В и С вентильного моста.

Работа компенсатора происходит при угле регулирования, близком к — 90, благодаря чему его переменные токи опережают соответствующие напряжения на такой же угол и компенсатор выдает в сеть реактивHVIO MOLlLHOCT6.

Для перевода компенсатора из режима выдачи реактивной мощности в режим ее потребления достато .:> изменить величину угла регулирования, сделав его близким к

+90 . В режиме потребления реактивной мощности можно перейти на естественную коммутацию тиристорных вентилей 2, 4, 6, 8, !О и 12, исключив работу запираемых вентилей 1, 3, 5, 7, 9 и 11. Для осуществления этого прекрашается отпирание запирае,мых вентилей 1, 3, 5, 7, 9 и 11. При этом увеличивается ресурс вентилей 1 — 12 и конденсаторов 13 — 15. Кроме того, в этом режиме для увеличения ресурсов конденсаторов 18 они отключаются выключателем 19.

Формула изобретения

Ком пенсатор реактивной мощности, содержащий по крайней мере один силовой трансформатор и присоединенный к его вторичной обмотке один трехфазный выпрямительный мост с двумя тиристорными и дву мя запираемыми вентилями в каждой егс фазе, реактор, подключенный к полюсам моста, конденсаторы, включенные параллельно вторичной обмотке трансформатора, систему управления каждым тиристорным вентилем, имеющую в своем составе источник первичных импульсов и формирователь управляющих импульсов, систему управления каждым запираемым вентилем, имеющую в своем составе формирователь управлякш1их импульсов с двумя входами, первый из которых — на формирование отпирающего, а второй — запирающего импульса, и источник первичных импульсов, выход которого подключен к первому входу формирователя, а также элементы задержки и промежуточные элементы по числу тиристорных вентилей, причем вход источника первичных импульсов каждого тиристорного вентиля соединен через элемент задержки с выходом источника первичных импульсов запираемого вентиля, предыдущего по порядку включения, а выход источника первичных импульсов каждого тиристорного вентиля

1464245 подключен к входу его формирователя и через промежуточный элемент к второму входу формирователя управляющих импульсов запираемого вентиля, предыдущего по порядку включения, отличающийся тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей, в каждой фазе выпрямительного моста между узлом соединения тиристорных вентилей и узлом соединения запираемых вентилей включен конденсатор,, который соединен с датчиком напряжения, (имеющим два выхода, в качестве промежуточных элементов использованы элементы И с двумя входами, причем два выхода датчика напряжения каждой фазы соединены по одному с первыми входами двух элементов И, относящихся к запираемым вентилям этой же фазы моста, а вторые входы этих элементов И соединены соответственно с выходами источников первичных импульсов двух тиристорных вентилей, следующих по порядку включения.

1464245

Составитель Г. 1ачская

Редактор И. Горная Техред И. Версс Корректор С. Черни

Заказ 725/56 Тираж 605 Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета по изобретсиияч и открытияч при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Рву нская иаб.. т. 4, 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, l0l