Способ компенсации обменной мощности в электрической системе

 

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности компенсации при несинусоидальном напряжении источника питания. Для этого компенсируют сдвиг фаз между первыми и высшими гармониками тока и напряжения за счет выделения из функций мгновенной проводимости нагрузки, подключенной к сети через преобразователь, постоянной и переменной составляющих. При этом компенсатором, включенным параллельно нагрузке, управляют таким образом, чтобы по отношению к своим входным зажимам компенсатор представлял нелинейный элемент, функция мгновенной проводимости которого соответствовала бы переменной составляющей функции мгновенной проводимости нагрузки с обратным знаком. 1 ил.

COK)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 Н 01 т 3/18

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABT0PGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4268979/24-07 (22) 29.06 ° 87 (46) 30.11 ° 89. Бюл, Ф 44 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) В.Е.Тонкаль, В.Я,Жуйков, С,П,Денисюк и М.А,Яценко(53) 621 ° 316,72 (088.8) (56) Патент ФРГ Р 21029269 кл, Н 02,Т 3/18, 1972 °

Авторское свидетельство СССР

Р 486309, кл. Н 02 J .3/18, 1975, Супронович Г. Улучшение коэффи-. циента мощности преобразовательных установок, M. Энергоиздат, 1985. (54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ОБМЕННОЙ

МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ (57) Изобретение относится к электИзобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, в частности к компенсации сдвига углов фаз между первыми и высшими гармониками тока и напряжения в общепромьппленных и автономных электрических сетях с помощью статических вентильных компенсаторов °

Цель изобретения — повышение точности компенсации при несинусоидальном напряжении источника питания, На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ °

Структурная схема содержит источник 1, нагрузку 2, фильтр 3, силовую часть компенсатора 4, вентили 5-8, дроссель 9, датчик напряжения 10,дат2 ротехнике ° Цель изобретения — повышение точности компенсации при несинусоидальном напряжении источника питания, Для этого компенсируют сдвиг фаз между первыми и высшими гармониками тока и напряжения за счет выделения из функций мгновенной проводимости нагрузки, подключенной к сети через преобразователь, постоянной и переменной составляющих. При этом компенсатором, включенным параллельно нагрузке, управляют таким образом, чтобы по отношению к своим входным зажимам компенсатор представлял нелинейный элемент, функция мгновенной проводимости которого соответствовала бы переменной составляющей функции мгновенной проводимости нагрузки с обратным знаком, 1 ип. чики тока 11,12, делитель 13,интегратор 14, схему 15 дискретизации с запоминанием отсчетов, умножитель 15, сумматор 17, датчик частоты 18,схему синхронизации 19, схему управления

20, сумматоры 21, 22, блок 23 запаздывания первого порядка, компаратор

24 с гистерезисом, формирователь 25 импульсов управления вентилями, В устройстве, реализующем предлагаемый способ компенсации обменной мощности, включенном через выходной фильтр 3 параллельно источнику напряжения 1 и нагрузке 2, четыре управляемых вентиля 5-8 включены по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель 9, а узлы второй диагонали подсоединены к входным за1525771

)KHMRM выходного фильтра 3, датчик напряжения включен параллельно источнику напряжения 1, два датчика тока

11, 1? включены соответственно последовательно с нагрузкой 2 и с выходными зажимами выходного фильтра 3,первый вход делителя 13 соединен с выходом первого датчика тока 11, а второй вход делителя 13 — с выходом дат-1

0 чика напряжения 10, выход делителя 13 подключен к входу интегратора 14, выход которого через схему 15 дискретизации с запоминанием отсчетов подключен.к первому входу умножителя 16, у которого второй вход связан с выходом цатчика напряжения 10, который также подключен к входу датчика частоты 18. выходная клемма датчика частоты 18 через схему синхронизации 19 связана с входом схемы управления 20, которая подключена к управляющим входам интегратора 14 и схемы 15 дискретизации с запоминанием отсчетов, выходная клемма умножителя 16 подсоединена к неинвертирующему входу первого сумматора 17, инвертирующий вход которого подключен к выходу первого датчика тока 11, выход первого сумматора

17 связан с неинвертирующим входом ! второго сумматора 21, инвертирующий вход которого подключен к выходу второго датчика тока 12, неинвертирующий вход третьего сумматора 22 связан с выходом второго сумматора ?1, а выход третьего сумматора 22 через блок

23 запаздывания первого порядка подсоединен к входу компаратора 24 с гистерезисом, выход которого подключен к инвертирующему входу третьего сумматора 22 и входу формирователя

25 импульсов управления вентилями, выходы формирователя 25 связаны с управляющими электродами четырех управляемых вентилей 5 — 8 устройства, Предлагаемый способ компенсации обменной мощности в системах с вентильными преобразователями позволяет учесть следующие особенности цепей с вентильными элементами:

1) на периоде Т работы системы

0имеются интервалы времени 1, когда генератор отключен от преобразователя;

2) интенсивность преобразования.

55 электромагнитной энергии в другие виды не постоянна;

3} больщое число переключений вентилей на периоде работы"„

4) существенные искажения токов и напряжений, Для описания процесса компенсации рассмотрим эквивалентную схему, содержащую эквивалентные модели генератора напряжения e(t) и параллельно включенных нагрузки (мгновенная проводимость g (t ) = я (1 ) /e (t ) ) и компенсатора (мгновенная проводимость

g(t ) = 4 (t)/e(t)) °

Для того, чтобы ток генератора „(ь) совпадал по форме с напряжением e(t ), то есть i<(t)/e(t ) = const, необходимо, чтобы суммарная проводимость нагрузки и компенсатора была постоянна:

,(т,)/.-() = gÄ(t) + д,()

= g„(t) + g>(t) + g„(t) +

+ g< (t) = const, (1)

g „= () g Ä (t ) — постоянные, Ен (t), К (t) — переменные составляющие мгновенной проводимости соответственно нагрузки и компенсатора, Если предположить, что компенсатор не потребляет активную мощность (g, (t) = О), то для выполнения условия (1) необходимо выполнение следующих равенств:

1 р. = RH (t) = -,—,-- j р„(t)dt; о

g(t) = gÄ (t) = -ки (t) ° (2)

Ток компенсатора х (t) равен

i (t) = e(t)g„(t) = e(t)(-g„(t))=

e(t)(-g(t)) + g) = -iя(С) +

+ g,e(t). (3) Таким образом, если компенсатор генерирует в систему ток i<(t), определяемый в соответствии с выражением (3), то потребляемый ток от генератора совпадает по форме с напряжением генератора при произвольном виде напряжения генератора.

Компенсация обменной мощности осуществляется в соответствии с алгоритмом„

Определение длительности периода Т, 2, Измерение величин i>(t) и е(т,).

3. Вычисление g из выражения (2).

5. Формирование тока i<(t) с помощью модуляции сигнала дросселя силовой части компенсатора, Для отслеживания текущего значения тока компенсатора н(т,) по отношению к опорному (эталонному) значению этого тока применена замкнутая система,регулирования, Точность регулирования величины, генерируемой генератором мощности, достигается за счет использования в качестве параметров регулирования не интегральных характеристик, а мгновенных величин, что позволяет более оперативно менять опорный сигнал, уменьшать время отработки раз- 20 личных типов возмущений и, как следствие, снизить погрешность определения текущих значений сигнала регулирования по сравнению с опорными (эталонными) сигналами, 25

Компенсация обменной мощности в энергосистемах с вентильными преобразователями с помощью устройства, структурная схема которого приведена на чертеже, производится следующим образом.

С помощью датчиков напряжения 10 и тока 11, 12 осуществляется гальваническая развязка, согласование уровней сигналов энергетических цепей

35 и измерительной части устройства, а также измерение мгновенных значений напряжения генератора e(t ), тока нагрузки i„(t) и текущее значение тока компенсатора i<(t ) на выходе фильтра 40

3. Выходное напряжение датчика 10

11,ы,(С), пропорциональное измеряемому напряжению e(t )(U>„„,(t ) = ol < e(t)), поступает на второй вход делителя 13, датчика частоты 18 и умножителя 16.

На первый вход делителя 13 поступает выходное напряжение датчика 11 11 „„(t ), пропорциональное измеряемому току нагрузки (U „ (t) = Ы,;,i „(1)), которое также одновременно поступает на инвертирующий вход сумматора 17, На выходе делителя 13 в результате деления двух сигналов U»»,(t) и Uz»Ä (t) будет сигнал, пропорциональный gu(t), 1 cC; iu(t) 55 н()

1 У °

Кп è е1t) f5

Выходной сигнал с делителя 13 (g„(t,)) поступает на вход интеграто5 15257

4, Расчет тока компенсатора (1) в соответствии с выражением (3).

71 6 ра 14 ° Начало и конец интегрирования интегратором 14 входного сигнала определяются импульсами управления со схемы управления 20. В результате интегрирования входного сигнала на выходе интегратора 14 имеем сигнал, пропорциональный величине g,: т В Ю

g„(t)m. о

Когда интегрирование закончено, выход интегратора 14 подается на схе му 5 дискретизации с запоминанием отсчетов, а затем выход интегратора сбрасывается в ноль, Выход схемы 15 дискретизации с запоминанием отсчетов остается постоянным (сигнал, пропорциональный g ) в течение следующего периода частотного спектра, Моменты изменения выходного сигнала блока 15 задаются сигналами от схемы управления 20 ° Моменты выдачи управляющих импульсов схемой управления 20 (двух последовательностей импульсов, период повторения которых равен Т) задаются схемой синхронизации 19, которая на основе информации с выхода датчика частоты 18 определяет период выходного напряжения генератора е(С).

Поскольку на два входа умножителя

16 поступают сигналы, пропорциональные величине g, и e(t), то на выходе умножителя 16 формируется сигнал, пропорциональный произведению

g e(t), который поступает на инвертирующий вход сумматора 17. Если учесть, что на инвертирующий вход сумматора 17 поступает сигнал,пропорциональный i„(t), то на выходе сумматора имеется мгновенное опорное (эталонное) значение тока компенсатора

i„(t) (схемная реализация выражения (3)).

Сигнал с выхода первого сумматора

17 поступает на неинвертирующий вход второго сумматора 21, на инвертирующий вход блока 21 поступает выходной сигнал с второго датчика тока 12

U„,„ (t), пропорциональный измеряемому текущему току компенсатора

„() (.„„,() — Q i g „() ) . Выходной сигнал второго сумматора 21, пропорциональный величине к() = ()оп — к(")тэ поступает на неинвертирующий вход . третьего сумматора 22, на инвертирую1525771 1ий вход которого поступает сигнал с

ыхода компаратора 24 с гистерезисом, а выходе сумматора 22 формируется игнал, являющийся управляющим для

5 ормирователя 25 импульсов управлеия вентилями, Для осуществления амкнутой системы управления током омпенсации выходной сигнал с третьео сумматора 22 поступает на вход лока 23 запаздывания первого поряда, передаточная функция которого авиа (k/(1 + Т )), а из негр на вход омпаратора 24 с гистерезисом, за счет елейной характеристики которого и б >атной связи на инвертирующий вход ретьего сумматора 22 осуществляется епрерывное отслеживание текущим тоом компаратора i<(t)< опорного знаения 1 <(t)о >

Для осуществления широтно-импульсной модуляции сигналы управления с блока 25 управляют работой четырех вентилей 5-8, включение которых по мостовой схеме позволяет сформировать 25 мгновенную функцию тока компенсатора, При прохождении этого сигнала через фильтр 3 из нее фильтруется гармонический сигнал, частота которого равна частоте модуляции выходного сигна- 30 ла, Суммирование токов i„(t) и i (t) в общем узле позволяет на выходе r енератора получить ток i (), пропорциональный напряжению e(t).

Компенсация обменной мощности с помощью предложенного способа позво ляет повысить эффективность работы ,.энергосистемы с вентильными преобразо-40 ,вателями за счет приближения формы потребляемого тока генератора к его выходному напряжению. Это позволит исключить многократные обменные процессы (перетоки энергии) между генератором и потребителем в энергетических системах с преобразователями и в конечном итоге дает возможность сократить сырьевые, материальные и людские ресурсы в отраслях широкого применения энергосистем с преобразователями, Формула изобретения

Способ компенсации обменной мощности в электрической системе, включающей в себя источник питания переменного тока, подключенную к нему через преобразователь нагрузку и компенсатор, согласно которому измеряют мгновенные значения напряжения источника питания, мгновенные значения тока нагрузки и компенсатора, интегрируют величину, зависящую от мгновенных значений тока нагрузки и напряжения источника питания на интервале времени, равном периоду напряжения источника питания, запоминают значения интегратора на время интегрирования, опорные мгновенные значения тока компенсатора сравнивают с мгновенными значениями измеренного тока компенсатора и в зависимости от полученного отклонения изменяют мгновенные значения тока компенсатора, о т л и ч а юшийся тем„ что, с целью повышения точности компенсации при несинусоидальном напряжении источника питания, для определения величины, зависящей от мгновенных значений тока нагрузки и напряжения источника питания, делят мгновенные значения тока нагрузки на мгновенные значения напряжения источника питания, результат интегрирования умножают на мгновенные значения напряжения источника питания, вычитают из полученного произведения измеренные мгновенные значения тока нагрузки и используют йолученную разность в качестве опорных мгновенных значений тока компенсатора.,1525771 й4 (1

Составитель К,Фотина

Редактор М,Циткина Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Бескид

Заказ 7233/48 Тираж 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101