Устройство компенсации реактивного тока
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при компенсации реактивного тока в общепромышленных и автономных электрических сетях с помощью статических вентильных компенсаторов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей при регулировании генерируемой реактивной мощности в системе генератор-нагрузка на основной и высших гармониках с учетом несинусоидальности форм тока и напряжения. Для этого компенсация реактивного тока и напряжения проводится за счет разделения тока нагрузки I<SB POS="POST">н</SB> (T) на активную I<SB POS="POST">а</SB> (T) и реактивную I<SB POS="POST">р</SB> (T) составляющие. При этом алгоритм работы компенсатора, состоящего из конденсаторной батареи с блоком коммутации и дроссельного компенсатора, строится таким образом, чтобы по отношению к своим входным зажимам компенсатор представлял нелинейный элемент, ток которого определяется из соотношения I<SB POS="POST">к</SB> (T) = -I<SB POS="POST">р</SB> (T). Для этого устройство осуществляет измерение периода напряжения генератора, дифференцирование сигнала с датчика напряжения, определение частного от деления двух величин, выработки импульсов управления вентилями блока коммутации конденсаторной батареи, регулирование мощности конденсаторной батареи, измерение мгновенных значений тока конденсаторной батареи, перемножение несинусоидальных сигналов, определение активной мощности, потребляемой нагрузкой, определение квадрата действующего значения напряжения генератора, выработку моментов синхронизации начала и сброса в ноль интеграторов и изменение выходного сигнала схем дискретизации с запоминанием отсчетов, определение мгновенных значений активной составляющей тока нагрузки, суммирование мгновенных значений активной составляющей тока нагрузки с сигналами с датчика тока нагрузки и с датчика тока конденсаторной батареи. 1 ил.
СаОЗ СОВЕТСНИХ
Ф
РЕаЪЬЛИК (I9) SU (11) I
2 А1 (у)S Н 02 7 3/18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А STOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ промышленных и автономных электрических сетях с помощью статических компенсаторов.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
fO ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4402873/24-07 (22) 04.04.88 (46) 30.12.90. Бюп. У 48 (71) Институт проблем энергосбере*ения АН УССР (72) В.Е.Тонкаль, В.Я .Жуйков, С.П.Денисюк и Ю,А.Яценко (53) 62 1.3 16.723 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 566289, кл. Н 02 J 3/ 18, 1972.
Супронович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 136, (54) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОГО ТОКА (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при компенсации реактивного тока в общепромышленных и автономных электрических сетях с помощью статических вентильньм компенсаторов, Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей при регулировании генерируемой 1реактивной мощности в системе генератор-нагрузка на основной и высших гармониках с учетом несинусоидальности форм тока и напряжения. Для этого компенсация реактивного тока и напряжения проводится за счет разделения тока нагрузки н(ь) на активную i<(t) и реактивную i> Ф нагрузкой, определение квадрата действующего значения напряжения генератора, выработку моментов синхронизации начала и сброса в ноль интеграторов и изменение выходного сигнала Юа схем дискретизации с запоминанием отсчетов, определение мгновенньж значений активной составляющей тока Ю нагрузки, суммирование мгновенных К) значений активной составляющей тока Я) нагрузки с сигналами с датчика тока нагрузки и с датчика тока конденсаторной батареи. 1 ил. 161 7528 Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей при регулировании генерируемой реактивной мощности в системе генератор — нагруэ5 ка на основной и высших гармониках с учетом несинусоидальности форм тока и напряжения. На чертеже представлена схема устройства ° 1О Схема содержит генератор 1, датчик 2 напряжения, нагрузку 3, батарею конденсаторов с блоком 4 коммутации, датчики 5-7 тока, фильтр 8, вентили 9-1, дроссель 13, дифференциатор 14, умножители 15, 16, интеграторы 17, 18, делитель 19, схему 20 дискретизации с запоминанием отсчетов, формирователь 21-импульсов управления вентилями, формирователь 22 импульсов управления, сумматор 23, умножители 24, 25, интеграторы 26, 27, делитель 28, схему 29 дискретизации с запоминанием отсчетов, умножитель 30, сумматоры 31-33, блок 34 запаздывания 25 первого порядка, компаратор 35 с гистереэисом, формирователь 36 импульсов управления вентилями. В предлагаемом устройстве силовая часть дроссельного компенсатора, 30 включенная через выходной фильтр 8 параллельно нагрузке 3 содержит четыре управляемых вентиля 9-12, включенных по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель 13, а узлы второй диагонали подсоеди35 иены к входным зажимам выходного фильтра 8, датчик 2 напряжения включен параллельно генератору 1 напряжения, датчики 5-7 тока включены последовательно соответственно с нагрузкой 3, конденсаторной батареей с блоком 4 коммутации, включенной параллельно нагрузке 3, и с выходным фильтром 8, выход датчика 2 напряже- 45 ния соединен с входом дифференциатора 14, входом формирователя 22 импульсов управления, обеими входами умножителя 24, первым входом умножителя 25, первым входом умножителя 30, выход дифференциатора 14 связан с обеими 50 входами умножителя 16 и с вторыми входом умножителя 15, первый вход которого связан с выходом датчика 5 тока, вторым входом умножителя 25, вторым входом сумматора 23, первый вход которого связан с выходом датчика 6 тока, выход умножителя 15 связан с входом интегратора 17, выход которого связан с первым входом делителя 19, выход умножителя 16 связан свходом интегратора 18, выход которого связан с вторым входом делителя 19, выход делителя 19 через схему 20 дискретизации с запоминанием отсчетов связан с входом формирователя 21импульсов управления вентилями, выход которого связан с управляющими электродами вентилей блока коммутации конденсаторной батареи с блоком 4 коммутации, выход умножителя 24 через интегратор 26 связан с вторым входом делителя 28, выход умножителя 25 через интегратор 27 связан с первым входом делителя 28, выход которого через схему 29 дискретизации с запоминанием отсчетов связан с вторым входом умножителя 30, выход которого связан с неинвертирукщим входом сумматора, инвертирующий вход которого связан с выходом сумматора 23, выходы формирователя 22 импульсов управления снязаны с упранляющими входами интеграторов 17, 18, 26, 27 и схем 20, 29 дискретизации с запоминанием отсчетов, выход сумматора 31 связан с неинвертирующим входом сумматора 32, ннвертирукиций вход которого связан с выходом датчика 7 тока, выход сумматора 32 связан с неинвертирующим входом сумматора 33 выход которого через блок.34 запаздывания первого порядка и компаратор 35 с гистерезисом связан с входом формирователя импульсов упранления вентилями, выходы которого связаны с управлякн1ими электродами четырех управляемых нентилей 9- 12, выход компаратора 35 с гестерезисом связан также с инвертирующим входом сумматора. Для компенсации реактивного тока в устройстве осуществляется измерение мгновенных значений напряжения генератора и тока нагрузки, разделение тока нагрузки на активную и реактивную составлякицие, формирование тока компенсатора, включенного параллельно нагрузке, равным противоположным значениям реактивной составляющей тока нагрузки. Таким образом ток, потребляемый от генератора, становится равен активной составлякицей тока нагрузки, т.е. форма потребляемого от генератора тока совпадает с формой напряжения на его зажимах. 1617528! О (1) (6) i ь(!.) = -i (t)-i (t) г с Разделение тока нагрузки i <(t) на составляющие ig(t) и i (t) происходит следующим образом, Если напряжение генератора есть произвольная, периодическая с периодом Т функция U<(t), то ток i>(t) можно представить в виде суммы активной i A(t) и реактивной i (t) составЛЯ К2ЦИХ 11(P где i (t) = — U (t) 1)2 Г v - — f i„(c) u.,(t) ai, о где P — активная (средняя эл период Т) мощность, потребляемая нагрузкой; U — действующее значен!1е нлцряжения генераторл . Для токОВ 1A(t) и 1 (t) Быполняк)т— Г ся соотношения ; 315(t) () =; 11. о T-J1P(t) 11 (dt=O; (3) о J2 12 а. Z2 1 A (1 P 1 (4) действующие значения со()тветственно токов iH(t) j a(t) ip(t) ° Если параллел bHo нл1 рузке подключить компенсатар с током 1„.(t)=-i (! ), то ток i (t), потребляемы!1 От гeitc p(tтора, будет равен i<(t)=i<(t)+it,(t)= =iA(t) при этом компенсатор согласно выражению (3) не будет потреблять активную мощность. В результате действующее значение тока генератора, как следует из соотношения (4), снизится ДО Величинь| Т(IAI Компенсатор состоит иэ двух частей - батареи конденсаторов с блоком коммутации и дроссельного компенсатора. Выбор емкости конденсаторной батареи, неизменной в течение периода Т, производится иэ условия максимально возможного снижения величины действук)щего значения тока генератора (за счет компенсации части реактивного тока i (t) нагрузки) I f i„(t)U, (t)dt о С вЂ” - —— (5) т f (u,(u)j ac Действительно, если конденсатор включен параллельно нагрузке, то ток dUF(t) (врез него равен i (t) =-С С (1Г =C Ur (t), Дейв.твующее знлчение тока, Равного сУмме токов 1с (t) и 1, (с.), 5 определяется из выражения 1 =- ((1 (с)+1 (t)) dt=-Jib (t)dt+ 1! н с Й Т Т э 1 +с"-(1 (с)с„(с) )г с - .f (u,(i.)) at, о о дифференцируя которое по С d12 т 1 ,1(dC 1 H — (с.)1 (t) dt.+2C-> (U (t) ) dt Т G о и ирирлв tttstt ntt полу (е нный результат i@sit(), О!)реле)1яем величину емкости кондеiic !Top 1 (э) сО )твеrc 1 it кФцую ми 20 н1!му)!у функции 1 (1 (С) . t1p()cccл ь!!! П) 1; (пе нслтор, также в).1!ю tati!It,tit il" р;1»л )I),но нлгрузке, комис!Гсирует Ост,.н!)Гуюся часть реак1гп)н(l о токл )IBI рузки Компенслцич релктивного тока с помощьн) устройствл !it(i)ll )В,)цится с»едующим ()брлзом. С !1 ).!ощьн),lëтч!!ков 2 30 нл1!ряжения il токл 5-7 Осущ ° (.твляется 1 Л!11 ВЛ !(И 1 ЕС К 1Я tlti l ii)t З l(Л р C() t :1Л С ОВЛ ние уронив!1 с! li ил»он знерге тиче(к их цепей и tt ttc pitre»» t()ii t:tc i i. у(:тp()tie rВЛ, а тЛКжС ИЗ 1ОРСН!ГЕ Ml !1(з()Е!1!!1,!Х Hlri pit)i(e ний гe!tati;1 r, )0.1 U (t ) р тОкл нл 1 Г руз ки i „(t), токл к(. !!.!ен лтори:)й 6атлреи с б»оком (ком)!ут(!ц)!и i C(t), токл дров со ьного к о tile itcë г()рл 1 (4) на Выходе фильтр,. H. Выходное нлпря40 к !!ие Лат 1икл 2 -! (С) прои рциоBbtX I > нальное !Глпряжеиию i енерлторл U (t) Г .UBbtX (t) =t)(tiUr 1t ) ) !toe; Ï tÃТ !!л ?ЗХОД дифференцилторл 14, схемы уирлвле ния, оба входл умножитс lH 24 первый вход 45 умножителей 25 н 30, Выходное напряжение датчика 5 UB „(t), пропорц)1оЭс))(о нлльное току нагрузки i<(t) (U, (t)= 3Ы)(=((,1,(с)), поступает на Входы умножителе!1 15 и 25, а ;акже вход сумматора 23. Сигнал с выхода дифференпиатора 14, пропорциональный производной напряжения генератора Uto(t) =К, ()(„х х U<(t), поступает на Оба Входл умнож)1теля 16 и на второй в <од умножителя 15. Сигнал с выхода умножителя 16, пропорциональный квадрлту производной напряжения генерлто )а 1116(1) =К(6(К!4(!(я х " . (t) ) =К16 K!4 tttt(UI. (-) ), HHt ei pttpYется в течение периода Т с помощью 1617528 ho15 30 интегратора 18, Сигнал с выхода интегра1 тора 18 U18(t)=K К аК,1((„J(Ut (t) ) dt о 5 поступает на второй вход делителя 19. Сигнал с выхода умножителя 15 (),5() =К(50(, 1Н (t) К44 0(Н U4- () иитегрируI ется в течение периода Т с помощью интегратора 17.когда интегрирование за-10 кончено, сигнал с выхода интегратора 17 т ()11() К<7 к М,К14МН11Ц()БГ(а)д 0 дается на первый вход делителя 1 на выходе которого появляется сигнал U17 (t) Uis(t) 0 К)(С ) К Н ---- — KU J u, (t) i U (t) d t ) j(0 (t) ) 8 d t 20 пропорциональный с коэффициентом пропорциональности <Т 150 140 Н 25 к=к,— — — —; — —,=к к к i/ С 11 К 6,К,К8, z g(1 87 <5 1 / (К16 К16 К!4 0 Н) величине емкости С конденсаторной, батареи (схемная реализация выражения 5) .. Сигнал с выхода делителя 19 подается на вход схемы 20 дискретизации с запоминанием отсчетов, выход которой остается постоянным в течение следующего периода частотного спектра. Формирователь импульсов управления вентилями, на вход которого подается сигнал, пропорциональный величине требуемой емкости конденсаторной батареи, обеспечивает такое переключение вентилей в блоке коммутации кон- 40 денсаторной батареи, что величина ее емкости становится равной (с точностью, которую может обеспечить набор конденсаторов в батарее) величине, определенной с помощью выраже- 45 ния (5) . Сиг нал с выхода умножителя 24 U<4(t) =К 40) У - (t) поступает на вход интегратора 26 и интегрируется в течение периода Т. Сигнал с выхода интегратора, пропорциональный квадрату действул)(его значения напряжения U 6() =К V, где К =К <4Кд Мц, поступает на второй вход делителя 28, на первый вход которого поступает сигнал 55 с выхода интегратора 27, пр оп ор ци ональныи величине мощности., потребляемой негр зкои 3 1lр7() — К я7 2с (а н((, х xJUt(t) iK(t)dt=K Р, тае К =K К К е(., О т P =, U (t)i>(t)dt. На вход интеграо тора 27 поступает сигнал с выхода умножителя 25, пропорциональный мгновенной мощности P(t)U@(t)i (t); () =К 5 6 ((1) (= (" ) интегрируется в течейие периода Т. Сигнал с выхода делителя 28 U> (t)= 26 К2т Кл () н(" Р K2ó K) 0(P К26 2 г К2 2 ° про 26 240 И р 26 24 р(Н ф порциональный Р/U поступает на схеф Э му 29 дискретизации с запоминанием отсчетов, выход которой остается постоянным в течение следукщего периода частотного спектра. Сигнал с выхода схемы 29 дискретизации с запоминанием отсчетов подается на вход умножителя 30, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный активной составляющей тока нагрузки U (t) = K - -- (11 (t) К Р 5() рО К I(2 Н На выходе сумматора 23 формируется сигнал, пропорциональный сумме токов i t(t) и i (), U) (t) К О(1 (i (а)+1 (t) ) (коэффициент передачи датчика 6 тока выбирается равным 0() 1) 8 который затем вычитается из сигнала V„(t) с помощью сумматора 31. Таким образом на выходе сумматора 31 имеется мгновенное опорное (эталонное) значение тока дроссельного компенсатора U (t)=K (к - — ig(t) K ()((i (t)+ K Фн И 8(30 К . "Р И +ic(t))=к„(„()- „(t)-i ()) = (-ip(e)-i,()) (схемная реализация выражения 6, при этом необходимо, чтобы K1,=K (К ф, ) . Сигнал с выхода сумматора 31 поступает на неинвертирующий вход сумматора 32, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с датчика 7 тока, пропорционален току дроссельного компенсатора i 1,(t) t U >(t) =C(, i 1,(t) Выходной сигнал сумматора 32, пропорциональный величине Д i <(t) =i i (t)>>-i1 (t)r, поступает на инвертирукщий вход сумматора 33, на инвертирукщий вход которого поступает сигнал с выхода компаратора 35 с гистерезисом. На выходе 33 формируется сигнал, являющийся управляющим для формировате1617528 Формула и з о б р е т е и и я Устройство компенсации реактивного тока с зажимами для подключения параллельно генератору и нагрузке> содержащее четыре управляемых вентиля, включенных по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель, а узлы второй диагонали через выходной фильтр подсоединены к зажимам для подключения параллельно генератору и нагрузке, датчик напряжения генератора, датчик тока нагрузки и 55 ля импульсов управления вентилями. Для осуществления замкнутой системы управле ния током дрос сел ьно го комп е нсатора выходной сигнал с сумматора 33 5 поступает на вход блока 34 запаздывания перного порядка, передаточная функция которого равна К/(1+Т ) > а иэ него на вход компаратора 35 с 1истереэисом, за счет релейной характеристики которого и обратной связи на е инвЕртирук61ий вход сумматора 33 Осуществляется непрерывное отслеживание текущим током компаратора i1,(t)T опорного значения i1,(t)zÄ . Формирователь 22 импульсов управления вырабатывает импульсы, период которых равен периоду напряжения .f енератора, и с помощью них управляет работой интеграторов 17, 18, ?б, 27 и схем ?0,.29 дискретизации с запоминанием отсчетов. Сигналы управления с блока 36 управляют работой четырех вентилей 912, включение которых по мостовой 25 схеме позволяет сформировать мгновенную функцию тока дроссепьногo >;nfffJeffсатора, IlpH прохождении этого сигнала через фильтр 8 из нее фильтруется гармонический сигнал, частота которого равна частоте модуляции выходного сигнала. Суммирование токов 1u(t-), 1 (t) и i„() н оощем уэпе позволяет на выходе генератора 1 получить ток (t), пропорциональный ныражешио 0,(t). Использование устройств компенсации реактивного тока позволит сократить потери при передаче знер1111 от 40 генераторов к потребителям, устранить многократные обменные процессы между генератором и потребителями и тем самым повысить эффективность энергопотребления различных систем, 45 датчик тока, включенный последовательно с гходными зажимами ныходногo фильтра, перньп1 умножитель, входы которого подключены K выходам датчика напряжения и датчика тока нагрузки, а выход — к входу первого интегратора, схему дискретизации с запоми— нанием отсчетов, ныхо;1 которой подключен к первому входу второго умнож«тепя, у которого второй вход связан с выходом датчика напряжения, формирователь импульсов управления, выход которого соединен с управляющими входами первого интеггатора и схемы дискретизации с запоминанием отсчетов, выход второго умнож11теля подсоединен к неиннертирующему входу первого сумматора, В11хоц которо>о связан с неипнерт11рующим Входсм второго сумматора, ипнертирук>1,ий ВХОД которого соед11нен с выходс м Ifëò 1ика Tof ;l В цеш1 фffJlhTp;I > третий с ум. I Top > неинвертирующ1>й вход которогo соединен с Выходом Второго сумматора, а выход lfo coegf»fIe» через блок запаздывания первого поряд1са к входу 1:Омпаратора с l ffc Tape I leo I, Выход которого подкч1очен к иннертирующему входу третьего с:умматора, первый формирователь пмпу. 1ьсон у11р а Вл1с нил Ве 1>т11 Iями ВхОд которого сн>1-Вн с Выходом компаратора с гистерез псом,;l В11хоп1,1 поня 1ючены к ч1ранллю11111м .>лектродам 1стырех уп— РЛ ВЛ>!ЕMfifZ НЕ IITIIJlf 11 > О Т Л lf 1 I Ю ш е е с я тем, что, с 1ц пью р >сширенин АУIIKfllfofMJIhflIJx ВОзмох111остей гРи реf Jflffpîffëfflflf l еflPpf ру>.f.f(й реактивной мог ности н системс 1 енератор — пзгрv:Jff f на ooпО1>пой и высших гармониках с учетом I.åсинусоидапьностff форм тока и напряжения, и 11егО Введены батарея конденсаторов с блоком коммутацllff на упран11яемых вентилях, датч11к тока батареи кс1.".денсаторов, д11ффeрeнциатnp, трп умножитепя, три интегратора, два деп;.тепя, схема дискретизации с запомина ием отсчетов, формирователь импульсон упранпе11ия вентилями, сумматор, причем батарея конденсаторов с блоком коммутации lf датчиком тока включена . зажимам для подключения параллельно генератору, вход r:;1ффсренциатора связан с ньвсодом датчика напряжения, а выход дифференциатора связан с обеими входами первого ннеденногo умножителя, первый вхос1 которого связан с выходом датчика тока нагрузки, вторым входом перво>< умно1617528 жителя, вторым входом введенного сумматора, первый вход которого связан с выходом датчика тока батареи конденсаторов, выход введенного сумматора соединен с инвертирующим входом первого сумматора, выходы первого и второго введенных умножителей связаны соответственно с входами первого и второго введенных интеграторов, выход второго введенного интегратора связан с первым входом первого введенного делителя, выход первого введенного интегратора связан с вторым входом первого введенного делителя, выход первого введенного делителя через введенную схему дискретизации с запоминанием отсчетов сряэан с входом введенного формирователя импульсов управления вентилями> выход () которого связан с входом введенного формирователя импульсов управления вентилями, выход которого связан с управлякицими электродами вентилей блока коммутации конденсаторной батареи, оба входа третьего введенного умножителя соединены с выходом датчика напряжения, а выход умножителя через третий введенный интегратор связан с вторым входом второго делителя, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, выход второго введенного делителя подключен к входу схемы дискретизации с запоминанием отсчетов, выходы формирователя импульсов управления подключены к управлякицим входам трех введенных интеграторов и введенной схемы дискретизации с запоминанием отсчетов.
