Устройство компенсации реактивной мощности в цепях с синусоидальными токами и переменной нагрузкой

 

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности и эффективности компенсации мощности в цепях с меняющимися во времени характером нагрузки и колебаниями как частоты, так и амплитуды напряжения сети. Для этого в устройстве с помощью компенсатора, содержащего дроссель, включенный в диагональ мостовой схемы с управляемыми вентилями, формируется компенсирующий ток. Условием формирования компенсирующего тока является отсутствие потребления активной мощности компенсатором. Компенсирующий ток формируется в зависимости от амплитудных значений тока нагрузки и напряжения генератора. 2 ил.

СОЮЗ COBE) СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ai (51)5 Н 02 J 3/!8 пях.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4386217/24-07 (22) 01,03.88 (46) 15,04.90, Бюл, Р 14 (71) Институт электродинамики AH УССР (72) В.Е.Тонкаль, С.П.Денисюк и А.Б.Руденко (53) 621,316.728(088,8) (56) Супрунович Г, Угучшение коэффициента мощности преобразовательных установок. M.: Энергоатомиздат, 1985, с, 136, Harashima F. Inaba Н., Tsuboi К.

А closed-loop control system for the

reduction of reactive power reguired

Ьу electronic convetters. - IEEE .Transactions on Industrial. Electronics and Control Instrumentation, 1976, v., IECI-23, K 2, р,162-166, Изобретение относится к электротехнике, Цель изобретения — повьппение точности и эффективности компенсации мощности в цепях с меняющимся во времени характером нагрузки и колебаниями как частоты, так и амплитуды напряжения сети, На фиг.1 приведена векторная диаграмма компенсации реактивной мощности в линейных цепях при синусоидаль-. ных токах и напряжениях; на фиг,2— структурная схема устройства компенсации мощности в синусоидальных це„.ЗО„>155762

2 (54) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОШНОСТИ В ЦЕПЯХ 0 СИНУСОИДАЛЬНЫМИ ТОКАМИ И ПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКОЙ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение точности и эффективности компенсации мощности в цепях с меняющимися во времени характером нагрузки и колебаниями как частоты, так и амплитуды напряжения сети, Пля этого в устройстве с помощью компенсатора, содержащего дроссель, включенный в диагональ мостовой схемы с управляемыми вентилями, формируется компенсирующий ток, Условием формирования компенсирующего тока является отсутствие потребления активной мощности компенсатором, Компенсирующий ток формируется в зависимости от амплитудных значений тока нагрузки и напря. жения генератора. 2 ил.

Векторная диаграмма, приведенная на фиг,1, содержит представление в векторной форме составляющих полной мощности, На схеме обозначены источник дроссель 2, вентили 3-6, фильтр 7, нагрузка 8, датчик 9 напряжения, дат чики !О и 11.тока датчик 12 фазы датчик 13 амплитуды тока, датчик 14 амплитуды напряжения, схема 15 вычисления синуса угла, схема 16 дискретизации с запоминанием отсчетов, схема )7 управления, схема 18 сдвига фазы напряжения на (/2, делитель 19, умножитель 20, замкнутая схема 21 управления по отклонению и формирова3 . 1557628

4 тель 22 импульсов управления вентилями. .В устройстве компенсации мощности в синусоидальных цепях, изображенном на фиг,2 и включенном параллельно источнику 1 синусоидального напряжения и нагрузке 8, четыре управляемых вентиля 3-6 включены по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дрос-1р сель 2, а узлы второй диагонали через выходной фильтр 7 подсоединены параллельно источнику 1 напряжения, и нагрузке 8, датчик 9 напряжения включен параллельно источнику 1 напряжения, первый датчик 10 тока включен последовательно с выходными зажимами фильтра 7, а второй датчик 11 — после довательно с нагрузкой, управляющий вход схемы 1б дискретизации с эапо- 20 минанием отсчетов соединен с выходом схемы 17 управления, вход которой связан с выходом датчика 9 напряже-. ния, выход схемы 16 дискретизации с запоминанием отсчетов подключен к 25 первому входу умножителя 20, выход которога связан с первым вхбдом замкнутой схемы 21 управления по отклонению, у.которой второй вход подключен к выходу первого датчика 10 тока, 3р а выход — к входу формирователя 22 импульсов управления вентилями, выходы которого связаны с управляющими электродами четырех управляемых вен.тилей 3-6, датчик 13 амплитуды тока своим входом соединен с выходом второго датчика 11 тока, а своим выходом — с вторым входом умножителя 20, третий вход которого связан с выходом делителя 19, первый вход датчика

12 фазы подключен к выходу датчика 9 . напряжения, а второй вход — к выходу второго датчика 11 тока, выход датчика 12 фазы соединен с входом схемы

)5 вычисления синуса угла, выход ко.торой связан с входом схемы 16 дис-. кретизации с запоминанием отсчетов, первый вход делителя 19 соединен с выходом схемы 18 сдвига фазы напряжения на ii/2, вход которой связан с выходом датчика 9 напряжения, а второй вход делителя 1 9 подключен к выходу ,датчика 14 амплитуды напряжения, вход которого соединен с выходом датчика

9 напряжения, 55

Форма тока, потребляемого от генератора, должна быть синусоидальной и совпадающей по фазе с напряжением генератора.

i,(t) = Тм„sinQ ti (2) где I+ - амплитуда тока генератора, Запищем значения мгновенной мощности в сечениях генератор — компенсатор и компенсатор — нагрузка

Р,,(t) = e„(t) i„(t) =

Ем мгз п 43 "

Р2 2(t) e„(t) Н() ЕмХмн

cosg -сов(2Я й+(у ) 1, (3) (4) Найдем значения активной мощности в этих сечениях по выражениям (3) и (4):

P)-! = т

P (t) dt = -" cosg

1 ЕмТ н

Т - 2

Рй-2

Компенсация мощности в такой синусоидальной цепи наиболее эффективна только в случае, когда компенсатор не потребляет активной мощности, т.е. т т — > И) at= - J Ie, (e)1 1

0 о

P, (t)) dt (7) Дпя описания процесса компенсаций мощнос ти в. синус оидаль ных цепях р ассмотрим параллельное соединение эквивалентных моделей генератора синусоидального напряжения ег(1), устройства компенсации реактивной мощности и нагрузки, Пусть е (1)=Е sining t;

i„(t) = Т „„ sin (Ы + q ) (1) где Fz ar — амплитуда напряжения генератора, которая может колебаться относительно своего постоянного значения;

Я =чаг - изменяющаяся в общем случае частота напряжения сети;

I +< - амплитуда тока в нагрузке; (f = var - угол сдвига фазы тока в нагрузке относительно напряжения генератора, который может изменяться и быть как положительным (емкостный характер нагрузки), так и отрицательным (индуктивная нагрузка), тогда совпадающий по фазе с напряжением ток генератора должен иметь вид

1557628

С учетом (5) и (6) условие (7) принимает вид

Р„- - - т„, - TM„cosy) - О

Ем Г

-фг = мн со" ц (8)

Зная условие (8), определим необходимый вид тока компенсатора i„(t) при котором ток генератора имеет вид (2):

1K(t)=i „(t) 1 H(t)=I „ sinЯt .—

-I» sin(

-? MH sin 53 t co s g -I ц„ со зИ1 sin V

=-I>„sing cos Ы t=I „sin(f з1n(Mt+2) (9) Алгоритм, в соответствии с которым осуществляется компенсация мощности, заключается в следующем:

1 ° определение длительности периода Т;

2. измерение величин Г „(t) и i„(t)

3. определение величины ;

4, расчет тока компенсатора 1. (й) „ в соответствии с выражением (9);

5, формирование тока i ()о„с по30 мощью модуляции сигнала дросселя силовой части компенсатора, для отслеживания текущего значения тока компенсатора i (t) по отношению к опорному (эталонному). значению тока приме- 35 иена замкнутая система регулирования>очнос» регулирования величины генерируемой генераторами энергии достигается за счет использования в качестве параметров регулирования не. интегральных характеристик, а мгновенных величин, что позволяет более оперативно менять опорный сигнал, уменьшать время отработки различных типов 45 возмущений и, как следствие, снизить погрешность определения текущих значений сигнала регулирования по сравнению с опорными (эталонными) сигна- лами. 50

Повышение экономичности генерирования энергии генераторами в еинусоидальных цепях достигается за счет устранения перетоков энергии по линиям связи, что в известных системах приводит к увеличению потерь электро4 энергии и ухудшению режимов работы генераторов, и в итоге к возрастанию затрат первичных энергоресурсов, Компенсапия мощности в синусоидальHblx цепях с переменной нагрузкой с помощью предлагаемого устройства, структурная схема которого приведена на фиг.2, производится следующим образом, С помощью датчиков 9-11 напряжения и тока осуществляется гальваническая развязка, согласование уровней cHI HR» лов энергетических цепей,и измерительной части устройства, а Также измерение мгновенных значений напряжения генератора U „(t), текущего значения тока компенсатора 1<(t) íà Bblходе фильтра 7 и значения тока нагрузки iH(t) Выходное напряжение датчика

9 напряжения 118ъ,ц(й), пропорциональное измеряемому напряжению Г (t) (118ьх,() = U„(t)) где

Б,,„ (t), пропорциональное выходному току первого фильтра 7, поступает на вход замкнутой схемы 21 управления по отклонению. !

На первый вход датчика 12 фазы по-,, ступает выходное напряжение второго датчика 11 тока 0 (t) пропорциоHBJIbHop измеряемому току нагрузки 8 (11„,„. (t)= ol; 1„(), где g, — коэффициент пропорциональности 1 которое

Ф) также одновременно поступает на вход датчика 13 амплитуды тока. На выходе датчика 12 фазы присутствует сигнал, пропорциональный углу сдвига фазы ц тока з нагрузке 8 относительно напряжения генератора, Схема 15 вычисления синуса угла по выходному сигналу датчика 12 фазы формирует сигнал, пропорциональный sing, который поступает на схему 16 дискретизации с запоминанием отсчетов и sanoминается в ней на время, необходимоЕ для вычислений блоками 14, 18 и 19.

Работа схемы 16 дискретизации с sanoминанием отсчетов осуществляется под управлением блока 17, ее выход поступает на вход умножителя 20, на другой вход которого подается сигнал с выхода датчика 13 амплитуды тока, пропорциональный амплитуде тока нагрузки Iz„, а на третий — сигнал с выхода делителя 19, пропорциональный

1557 á28 значению sin (gt+ ). ЭТот сигнал

X. формируется делителем 19 путем деления сигнала пропорционального

II 5

E

90, на сигнал, пропорциональный Е и поступающий с выхода датчика 14 амплитуды напряжения, Таким образом, с учетом коэффициентов пропорциональности на выходе умножителя 20 формируется сигнал пропорциональный

g

Хмиэ пЦ1 sin (2t 2) 1 T.e° . опорныи 15 ток компенсатора iI,(t)ù, котоРый. подается на.вход замкнутой. схемы 21 управления по отклонению, отслеживающей мгновенные значения опорного тока компенсатора, 20

Для осуществления широтно-импульсной модуляции сигналы управления с блока 22 управляют работой четырех вентилей 3-6, включение которых по мостовой схеме позволяет сформировать

25 мгновенную функцию тока компенсатора.

При прохождении этого сигнала через . выходной фильтр 7 из него фильтруется гармонический сигнал, частота которого равна частоте модуляции выходно- З0 го сигнала.

Суммирование токов i <(t) и i„(t) в .общем узле. позволяет на выходе генератора 1 получить синусоидальный ток

it(t) совпадающий по фазе с синусо- 35 идальным напряжением 11Ä(t).

Компенсация реактивной мощности в цепях синусоидального тока с помощью предлагаемого устройства позволяет повысить. точность и эффективность уп- 40 равления работой энергосистемы с вентильными преобразователями эа счет приближения фазы синусоидального тока генератора:к его выходному напряжению

Использование таких устройств приводит к повышению эффективности энергопотребления в системах электропитания, исключению многократных обменных процессов (перетоков энергии} между генераторами и потребителями и в резуль-50 тате к сокращению сырьевых, материальных ресурсов при применении электросистем с вентильными преобразователями, Ф о р и у л а -и з о б р е т е н и я . 55

Устройство компенсации реактивной мощности в цепях с синусоидальными, токами и переменной нагрузкой, содержащее четыре управляемых вентиля, включенных по мостовой схеме, в <Щ" ну диагональ которой включен дроссель, а узлы второй диагонали через выходной фильтр подсоединены к зажимам для подключения параллельно генератору напряжения и нагрузке, датчик напряжения генератора„ два датчика тока, первый иэ которых включен последовательно с выходными зажимами фильтра, а второй предназначен для подключения в цепь нагрузки, схему дМскретиэации с запоминанием отсчетов управляющий вход которой связан с выходом датчика напряжения, выход схемы дискретизации с запоминанием отсчетов подключен к первому входу умножителя, выход которого связан с первым входом замкнутой схемы управления по отклонению, у которой второй вход подключен к выходу первого датчика тока, а выход — к входу формирователя импульсов управления вентилями, выходы которого связаны с управляющими электродами четырех управляемых вентилей, о т л и ч а и щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и эффективности компенсации мощности в цепях с меняющимся во времени характером нагрузки и колебаниями как частоты, так и амплитуды напряжения сети, в него введены датчик амплитуды напряжения, датчик амплитуды тока, датчик фазы, схема вычисления синуса угля, схема сдвига фазы напряжения ня /2, делитель, причем вход датчика амплитуды тока соединен с выходом второго датчика тока, а его выход — с вторым входом умножителя, третий вход которого связан с выходом делителя, первый вход датчика фаз подключен к выходу датчика напряжения, а второй вход — к выходу второго датчика тока, выход датчика фазы соединен с входом схемы вычисления синуса угла, выход которой связан с входом схемы дискретизации с запоминанием отсчетов, первый вход делителя соединен с выходом схемы сдвига фазы напряжения на ii/2, вход которой связан < выходом датчика напряжения, а второй вход делителя подключен к выходу датчика амплитуды напряжения, вход которого соединен с выходом датчика напряжения.

1557628 мгфсо си

Ягг Я

Составитель К,Фотина

Редактор А,Огар Техред А.Кравчук Корректбр O,Êðàâöoâà

Заказ 721 Тираж 414 . 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