Способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности

 

Изобретение относится к тлектротехни ке в частности к устройствам компенсации неактивных составляющих мощности и мо жет быть использовано в система/ энергоснаб жения электротехнических и энергетических цепей с искажающими нагрузками для по вышения эффективности передачи и потребления электроэнергии при любых формах кривых тока и напряжения Цель изобретения - повышение качества потребляемой электроэнергии при любых формах кривых напряжения и тока В питающей сети, соединенной с потребителем и компенсатором, измеряют напряжение пропорциональное мгновенным значением тока Kt) и напряжение пропорциональное U(t) Сопряженные сигналы тока i(t) и напряжения 0(t) формируют путем разложения измеренных сигналов на гармонические составляющие Сдвигают их фазы на четверть периода собственных частот, суммируют их Сигнал пропорциональный напряжению компенсации получают по формуле Uk --r-(LL fU(t) Kt) - ЦО f(t) , iz (t ) + ll t приводят к уровню напряжения питающей сети и складывают с напряжением питающей сети 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (()з Н 02 J 3/18

ГОСУДАРСТВЕН(1ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТ(ЧИЯМ И ОТКРЫ(ИЯМ (1 (VI I K I I T C C C P! i

l i

1, {

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4437475/07 (22) 18 04.88 (46) 30 01 91. Вюл. N. 4 (71) Институт проблем энергоснабжения АН

УССР (72) А B.ÍOBîñåëüöåâ, М.Т Стрелков и В.Г.Загурский (53) 621.316.925(088.8) (56) Супронович Г. Улучшение коэффициента мощност", преобразовательных установок. Г1ер с польск. M: Энергоатомиздэт, 1985 с. 136.

Авторское свидетельство СССР

N. 1550592, кл Н 02 J 3/18 25.02.88 (54) СГ10СОБ ДИНАМИЧЕСКОИ КОМПЕНСАЦИИ IVA> (ИВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ мощности (57) Изобре1ение относится к электротехнике, в частности к усгроиствам компенсации неактивH(,lх составляloù»х мо(цности, и мо жет быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искэжэющими нагрузками для поИзобретение относится к электротехнике. в частности к устроиствам компенсации неактивных составляющих мощности, и можег бь ть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими нагрузками для повышения эффективности передачи и потребления электроэнерг»» при любых формах кривых ока и напряжения.

Целью изобретения является повышение качества потребляемои электроэнергии при любых формах кривых напряжения и тока.

На чертеже приведена функциональная схема устройства компенсации, реализующего предлэгаеMblvl способ динамической Ю 1624598 А1 вышения эффективности передачи и потребления электроэнергии при любых формах кривых тока и напряжения. Цель изобретения — повышение качества потребляемой электроэнергии при любых формах кривых напряжения и тока. В питающей сети, соединенной с потребителем и компенсатором, измеряют напряжение, пропорциональное мгновенным значением тока t(t), и напряжение, пропорциональное u(t). Сопряженные сигналы тока Ift) и напряжения U(t) формируют путем разложения измеренных си(налов на гармонические составляющие. Сдвигают их фазы на четверть периода собственных частот, суммируют их. Сигнал. пропорциональный напряжению компенсации, получают по формуЪ ле uk =, — (u(t) i(t) — (1(Т) t(t)), (t)+г21 приводят к уровню напряжения питающей сети и складывают с напряжением питающей сети. 1 ил, компенсации неактивных составляющих мощности.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие операции:

1) измерить напряжение, пропорциональное мгновенным значениям тока; 2) измерить напряжение, пропорциональное мгновенным значениям напряжения; 3) преобразовать исходный (измеренный) сигнал тока в сопряженный 4) преобразовать исходный сигнал напряжения в сопряженный;

5) перемножить исходный сигнал тока с сопряженным сигналом напряжения; 6) перемножить исходный сигнал напряжения с сопряженным сигналом тока; 7) вычислить разность мгновенных значений пятой и ше1624598

55 стой операций; 8) определить квадрат мгновенных значений исходного сигнала тока; 9) определить квадрат мгновенных значений сопряженного сигнала тока; 10) вычислить сумму мгновенных значений восьмой и девятой операций; 11) определи1ь частное от деления результатов третьей и десятой операций; 12) перемножить результаты седьмой и одиннадцатой операций; 13) привести сигнал, полученный в результате двенадцатой операции, к уровню напряжения источника питания и сложить укаэанные напряжения.

Устройство, реализующее предлагаемый способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности, состоит из датчиков напряжения 1 и тока 2, подсоединенных входами к питающей сети, а выходами — соответственно к первым входам умножителей 3, 4 и входам квадратурных фи lbTpoB 5, б; вторые входы умножителей 3, 4 подключены к выходам квадратурных фильтров б, 5 соответственно, а выходы — к вычитаемому и суммирующему входам сумматора 7, который по выходу связан с первым входом умножителя 8; гснераторы 9, 10 квадратичных функций своими входами подключены соответственно к выходам датчика 2 тока и квадратурного фильтра б, а выходами — к входам сумматора 11, связанного по выходу с первым входом делителя

12, второй вход которого подключен к выходу квадратурного фильтра 6, а выход — к второму входу умножителя 8; источник 13 напряжения компенсации содержит преобразователь 14 переменного напряжения в постоянное, по входу нагруженный на питающую сеть, двухполярный емкостный фильтр 15, состоящий иэ последовательного соединения двух конденсаторных батарей с нулевым выводом и шунтирующий по входу преобразователь 14, двухтактный усилитель 16 класса АД, питаемый от источника постоянного тока в виде последовательного соединения преобразователя 14 и фильтра

15, выполненный на диодно-транзисторных парах и нагруженный на Г-образный LCфильтр 17, катушка индуктивности которого рдним концом подключена к выходу усилителя 16, а другим — к началу первичной обмотки суммирующего трансформатора 18, конец которой соединен с нулевым выводом фильтра 15, а сама обмотка зашунтирована накопительным конденсатором фильтра 17, вторичная обмотка трансформатора 18 включена в питающую сеть между источником и потребителем; блок ШИМ источника

13 состоит из генератора 19 опорной функции модуляции, подключенного к одному иэ входов компаратора 20, второй вход которо-

40 го является информационным входом источника 13 и связан с выходом умножителя 8, усилитель 21, по входу соединенный с прямым и инверсным выходами компаратора

20, а по выходу — с управляющими входами силовых ключей усилителя 16.

Устройство компенсации, реализующее предлагаемый способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности, работает следующим образом.

Датчики напряжения 1 и тока 2 измеряют напряжения, пропорциональные мгновенным значениям тока и напряжения сети.

Измеренные сигналы поступают на первые входы умножителей 3, 4 и входы квадратурных фильтров 5, 6, которые реализуют преобразование Гильберта (14)

S (t) = -„ f - - — d г = S (t) связывающее между собой исходный (измеренный) и сопряженный (расчетный) сигналы, являющиеся соответственно действительной и мнимой составляющими аналитического сигнала Ь(!) = S(i) + )3(t), где S(t)— сигнал тока или напряжения. В соответствии с теоремой о свертке функции

1 jj(t)l

S (t) = — — f Я (ь) Н (ю) е с1 в, 2 л где

Л

<х> - йЯ -) — sg n(co)

2 н ((()) = (е d t = — jsgh ((r))=e ,„л 1— передаточная функция квадрагурного фильтра, запишем преобразование Гильберта в виде

S (т) F (F (S (т) ) (— )sgn () ) ), где F, F — операторы прямого и обратного преобразований Фурье.

Откуда следует, что квадратурные фильтры

5, б реализуют разложение измеренных сигналов на гармонические составляющие (в ряд Фурье) с последующим сдвигом их фаз на четверть периода собственных частот и суммированием сдвинутых копий, т.е. осуществляют алгоритм фильтраци, согласно которому все гармоники порядка I(1 получают сдвиг по фазе Т/4К с сохранением значений амплитуд. Сформированные фильтрами 5, б сопряженные сигналы напряжения

0(1) и тока ф) поступают на вторые входы умножителей 4, 3 соответственно. Необходимость реализации двух операций умножения и операции вычитания объясняется следующим.

Произведение функции аналитического сигнала напряжения и комплексно-сопряженной функции аналитического сигнала тока, представленных в матричной форме, 1624598 определит функцию аналитической мгновенной мощности (14) (ZP) =(Zè)(ZL )= с. 5 (") где () — матричная запись аналитиче кой 5 функции;

S> = 0ь + U I, — мгновенная активная квазимощность;

-0С вЂ” мгновенная реактивная квазимощность. 10

Согласно (1) умножитель 4 вычисляет первое, а умножитель 3 — второе слагаемые мгновенной реактивной кваэимощности.

Сумматор 7 определяет разность результатов операций умножения, для чего инфор- 15 мация на суммирующий вход поступает с выхода умножителя 4, а на вычитающий — с выхода умножителя 3, в результате чего на первый вход умножителя 8 поступает сигнал, пропорциональный мгновенной реак- 20 тивной квазимощности.

Умножитель 8 формирует функцию напряжения компенсации неактивных составляющих мощности, которая посредством источника напряжения компенсации приво- 25 дится к уровню напряжения питающей сети.

Процесс вычисления функции тока, позволяющей оп > .делить функцию напряжения компенсации иэ мгновенной реактивной квазимощности, идет параллельно ранее 30 рассмотренному. Аппаратурная реализация его следуе иэ выражения (1) после следующего обратного преобразования;

1 . "" i где U= . М+ ), .„М-о, фун ь +I. L +c кция напряжения сети, в которой необходимо скомпенсировать второе слагаемое, равное напряжению компенсации с обратным знэком, т.е.

0к(, = Ä (-) (u(t)i(t (t)i(t) ) (2) ь2(t)+L (с) 50

Первый сомножитель напряжения компенсации (2) выч,.ляют генераторы 9, 10 квадрагичных функций. на входь. которых непрерывно поступают мгновенные значения измеренного и сопря,кенно о сигналов 55 тока, сумматор 11, складывающий значения квадратичных функций с выходов генераторов 9. 10, и делитель 12, вычисляющий частное от деления значений сопряженного сигнала тока и результата операции суммирования с выхода сумматора 11. Полученные значения, поступая на второй вход уможителя 8, перемножаются с сигналом, пропорциональным мгновенной реактивной кваэимощности, Использование изобретения позволяет повысить качество потребляемой энергии и компенсировать неактивные составляющие мощности в масштабе реального времени (по мгновенным значениям тока и напряжения) при любых формах кривых напряжения и тока, что приводит к уменьшению действующего значения питающего напряжения.

В случае синусоидального режима питающей сети и активно-реактивного характера нагрузки потребителя исходные (измеренные) и сопряженные сигналы токов и напряжений будут равны

U (t) = Um s In и t, I,(t) = (. S In (в t — p), U (t) =Um cos соt, I.(t) = — 1 cos (cut — p) .

Напряжение компенсации определим по формуле (2)

0к (т) х

I sIn2 (ил-p) + I cos (ил — p )

Х -U cos ил Im sin (ил — p) +

+ 0 s Ia ил Im cos (un — p ) ) =

= — Um s Inp c os (ил — p ), откуда напряжение после компенсации станет равным

Uoct (t) = 0 (t) Uk (t) =

= 0 sIn ил — U sin pcos (ил — p) =

=0 cosp sIn (ил — p ), т.е. напряжение после компенсации носит чисто активный характер, совпадает по фазе и форме с током сети, действующее значение его уменьшилось в 1/cosp раз. Беэ устройства компенсации нагрузка потребляет активную мощность P = Ulcosp npu полной мощности источника S = Ul. В результате компенсации система потребляет активную мощность, равную полной мощности или активной мощности до компенсации, т,е, P =S = 0!созр.

При чисто активном характере нагрузки потребителя Uk(t) = 0 и устройство компенсации не функционирует. Если характер нагрузки чисто реактивный, то реактивное напряжение нагрузки полностью поставляет устройство компенсации при потреблении тока от питающей сети.

В рамках предлагаемого способа динамической компенсации остаточные напряжения и мгновенная мощность сети (источника) в процессе компенсации стано1624598

ro конденсатора с целью исключения влияния источника напряжения компенсации на коммутационные процессы в инверторе. яятся рав«« ми

U.;„(i) U,, () (, т) iГ.2(С) + L (t) х (И,t) ((t) U (т) 1,(t) );

Р„;. (t) UnT (t) (,(т) ., Sp (t) . (2 ) 1 (т)+ I (t) Составитель Г. Дамская

I åäактоп:N. Маковская Техред М.1Лоргентал Корректор С. Шекмар !

;:кзз 196 Тираж Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Про,.1 водственно-издательский комби«аt "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101

;Зп.юда следует совпадение знаков мгновенных значений остаточного апряжения с питающим оком и положительность орди«л ° кривой остаточной мгновенной мощности ч ° о подгверждает компенсацию г « .от к х по оков энергии, характерную

:.А>л-прототипа. Это позволит осу«,» :ля; ь стабилизацию напряжения на

:,—.грузке потребителя при изме«ении ее рет.IB««f парамегров в случае питания от

i i .«åðë ор» тока несинусоидальной формы («а«ример и«вертора тока), подключенного

"ети f1t. реме«но о тока и являющегося роме:"уточным звеном между сетью и Ro.p: i1Tелем, в результате чего емкость ком р„ющего конденсатора будет

« i<=. i««îè и выбирается из условия ра

Способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности в питающей сети, соединенной с потребителем и компенсатором, заключающийся в том, что

10 измеряют напряжение, пропорциональное мгновенным значениям тока gt) и напряжение, пропорциональное мгновенным значениям напряжения U(t), формируют сопряженные сигналы тока t(t) и напряжения

15 U(t) путем разложения измеренных сигналов на гармонические составляющие с последующим сдвигом их фаз на четверть периода собственных частот и их суммированием, отличающийся тем, что. с

20 целью повышения качества потребляемой электроэнергии при любых формах кривых тока и напряжения, сигнал, пропорциональный напряжению компенсации, получают по формуле

- - ; — — ((т) Ит) О () (т) 1

„2 (t) + Cë 2 (t) орый приводят куро.ню напряжения пил,ощей сети и склад!. вают с напряжением ч . ; т, . ъй