Устройство для симметрирования трехфазных сетей

 

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s Н 02 J 3/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 92

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ С В ИДЕТЕЛ ЬСТВУ.

1 (21) 4669719/07 (22) 30.03.89 (46) 30.05.92. Бюл. М 20 (72) М.Я. Минц, В.Н. Чинков, А.Л. Савицкий и А.В; Нидзий (53) 621,316.761.21(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1259408, кл. Н 02 J 3/26, 1983.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1504724, кл. Н 02 J 3/26, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНЪ|Х СЕТЕЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании автоматических устройств для симметрирования напряжений и токов, а также компенсации реактивной мощности в трехпроводных трехфазных сетях с изменяющимися по характеру и величине нагрузками. Цель иэобретения—

В

С расширение функциональных возможностей за счет автоматической компенсации реактивной мощности сети, Цель достигается тем, что устройство содержит симметризатор 1 с блоком линейных усилителей 4, формирователь 17 управляющих сигналов, датчики 5-7 активных и датчики 8-10 реактивных фазных проводимостей нагрузки 2, соединенной в звезду, а также датчики 1116 межфазных проводимостей нагрузки 3, . соединенной в треугольник. Выходы датчиков подключены к формирователю управляющих сигналов, который содержит шесть операционных блоков. Сигналы, управляющие параметрами симметризатора, ф формируются по активной и реактивной проводимостям фаэ нагрузки, соединенной взвезду, по шести межфазным проводимостям нагрузки, соединенной в треугольник. 1 ил.

Ов

1737621

-(М

Уе rc (3) У<

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в симметрокомпенсирующих устройствах, предназначенных для симметрирования токов, уравновешивания напряжений и компенсации реактивной мощности в любых трехфазных сетях при подключении к ним трехфазных нагрузок, соединенных в звезду и е треугольник, изменяющихся по характеру и величине.

Известно устройство для симметририрования трехфаэной четырехпроводной сети, содержащее шестиэлементный сим. метризатор, датчики активной и реактивной мощностей фаз, вычислитель средней активной мощности, формирователь управляющих сигналов и блок линейных усилителей.

Недостатком этого устройства является то, что оно не применимо в трехфазных сетях с несимметричной системой фазных напряжений.

Известно также устройство для симметрирования трехфазной сети с нагрузками, соединенными ho схемам звезды и треугольника, содержащее шестизлементный симметризатор, датчик фазных напряжений, датчик линейного напряжения, измеритель синфазной и квадратурной составляющих фазных токов нагрузки, соединенной s звезду, измеритель квадратурных составляющих линейных токов нагрузки, соединенной в треугольник, фор, мирователь управляющих. сигналов и блок управления симметризатором.

Недостаток этого устройства состоит е том, что оно не позволяет автоматически компенсировать реактивную мощность трехфазной сети.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет автоматической компенсации реактивной мощности сети.

Использование изобретения позволит создавать симметрокомпенсирующие устройства трехфазных сетей с более высокими технико-экономическими показателями за счет одновременного симметрирования токов и напряжений, а также компенсации реактивной мощности сети, содержащей любые нагрузки, соединенную в звезду и в треугольник.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит шестиэлементный симметризатор 1, нагрузку 2, соединенную в звезду, нагрузку 3, соединенную в треугольник, блок 4 линейных усилителей, датчики 5 — 7 активных фазных проводимостей, датчики 8 — 10 реактивных фазных проводимостей, датчики 11-1б активных межфазных проводимостей и формирова5

40 тель 17 управляющих сигналов, в состав которого входят трехвходоеые операционные блоки 18 — 20 и четырехвходовые операционные блоки 21-23, В этом устройстве датчики 5-7 активных фаэн ых проводимостей и датчики 8-10 реактивныхх фазных проводимостей выполняют те же функции, что измеритель синфаэной и квадратурной составляющих фазных токов нагрузки, соединенной в звезду, и датчик разных напряжений, а также блоки деления в формирователе управляющих сигналов прототипа. Датчики 11-13 активных межфазных проводимостей можно считать частично эквивалентными измерителю квадратурных составляющих линейных токов нагрузки, соединенной в треугольник, и датчику линейного напряжения, а также блокам деления в формирователе управляющих сигналов про.тотипа. Отличие состоит е том, что е прототипе получают три сигнала, пропорциональных реактивным межфазным проводимостям, а в данном изобретении- шесть сигналов, пропорциональныхактивным межфазным проводимостям. Поэтому е устройство дополнительно введены три датчика активных межфазных проводимостей и, кроме того, все шесть датчиков активных межфазных проводимостей отличаются схемным выполнением и схемой подключения. В то же время функционирование всех датчиков 5 — 16 проводимостей может быть основано на методе измерения соответствующих токов и напряжений, что будет показано ниже.

Получим аналитические зависимости, определяющие сущность изобретения.

Запишем известные выражения для составляющих обратной и нулевой последова-. тельностей суммарных фазных токов сети

Ia, 1в, Ic:

I2 = U 1(Y 1 - 3Y 1) + ОоУ 2;

4 j

Ip = U1Y 2+ UpY p = О, (2)

I гДе I2, Ip — комплексы ДействУюЩих значений составляющих обратной и нулевой последовательностей фаэных токов сети;

U1, Up — комплексы ДействУюЩих значений прямой и нулевой последовательностей фазных напряжений сети;

Y о, У 1, Y 2, У 1- элементы матриц-столбцов, полученных из суммарных фазных и межфазных проводимостей с помощью преобразований:

1737621 о ук »

Уьс ñÀ

1аВ (4) с.YA с

У5,1 с

I ос

YIс

Уас

1 он

% ( 2н

2Н где

1 а .а

1 а

1<20

;а-е

10 ос с

Ysc

- tIsII и (у r +g н «3(YiH ) с cà

Н г1с,ф

15 4 (( в (<н и) (6) Учитывая свойство матриц S, описывае-1 * мое равенством $ - ÇS, находим решение уравнений (5) и (6):

20 он

Ф.( н

- ан с

Уе

Чс с (7) 1

У2 Y2o+ У2н 0;

It ° If

У1-ЗУ 1 У1о+У1н-ЗУ1с-ЗУ 1н=0. 25

Отсюда находим с сд

У2С =-У2н: (8) Ю . И 1

Y 1c У + -(Y1-.+У1c)

3 .

Как известно. для компенсации реактивной мощности в сети необходимо выпал- 35 нение условий:

Ф .Ф II ВФ

У с=-Y«, V.с=-V

Ь A 1в(2У2н+ Y он): или для реактивных проводимостей симмет- 40 ризатора 1 Ь ос, Ь acè нагрузок 2,3b îí, b он. (9) Соотношения для проводимостей сим- 45 метризатора 1 примут наиболее простой

Вид, если положить:

° à . ю

ЬоС Ь он !вУ он., Ь оС- Ь он- 1вУон, 50 что соответствует естественному техническому решению: "звезда" симметризатора 1 компенсирует звезду нагрузки 2. а "треугольник" симметриэатора 1 — "треугольник" нагрузки 3. 55

Примем также во внимание, что, по-скольку проводимости симметризатора 1 чисто реактивные. то Y 1с - -Y* 2c - У2н и

У2с -Y 1c, где * — знак комплексного сопряжения. С учетом этого получаем две

YA Ув, Ус и Удв, Увс, Усд — комплексы суммарных проводимостей нагрузок 2,3 и симметризатора 1, например, YA Y A+Y д, YAB Y AB+У AB

Используя условие уравновешивания фазных напряжений (U. = О) и симметрирования токов (12 - О), из соотношений.(1) и (2) имеем:

It н

Ь оС+ЗЬ ос--(Ь он+ЗЬ ан) = Im(Y OH+ 3Y он). системы уравнений для определения параметров симметризатора 1, которые в матричной форме имеют вид:

Из формул (7) и(8) запишем выражения для одной- из проводимостей .элементов симметризатора 1, соединенных в звезду и в треугольник, например Ь д и. Ь вс;

b.ВС Imf (У2н+Y 2н-ЗУ 1н+ Y он). (10) Проводимости остальных элементов симметризатора 1 получают циклической перестановкой индексов А, 8. С.

Преобразуя выражения (9) и (10), находим

bcA - (g с - g в) - Ь a:

Ь в +(ga gс) Ь В: (11) .с .1

b с - (g B - g A) - b c, с 1 2 ° °

b дв - +(3 (g B - Q A) + QB,BC+ ga,âô с 1 2

Ь вс- f «3(gc-дв)+ос;сд+ав.дв3(12) с 1 2

Ь сА f 3 (ДА g с)+ gAAB+ gcac1

1737621! t где g A g в, g c и ЬА, Ь в, Ь с — активные и реактивные фазные проводимости нагрузки, соединенной в звезду;

gB,âñ; gA,ñA; gc,сА, gB,ABl gA,ABi gc,вс— активные межфазные проводимости, где в индексе указаны линейный ток и линейное напряжение нагрузки 3, соединенной в треугольник.

Укаэанные проводимости могут быть определены по соответствующим токам и и напряжениям или мощностям и напряжениям, например: !

qA =, IbA=-— .«l AX, P>, l AY Q А.

UA gg UA Я

lexec Рв,вс

qe,âñ = — = —

UA где 1Ах, 1AY — синфазная и квадратурная составляющие фазного тока ГА относительно фазного напряжения UA нагрузки 2, соединенной в звезду;

РА,,Q А — активная и реактивная мощности фазы А нагрузки 2, соединенной в звезду;

1вхвс — синфазная составляющая линейного тока! в нагрузки 3, соединенной в треугольник, относительно линейного напряжения

UBc;

PB,Bc — активная межфазная мощность, определяемая линейным током l B и линейным напряжением Uec нагрузки 3, соединенной в треугольник;

U — действующее значение линейного напряжения.

Выражения (11), (12) для двух групп элементов симметризатора 1, соединенных в звезду и в треугольник,. описывают сущность предлагаемого устройства и положены в основу его работы.

Токовые цепи датчиков 5 и 8, 6 и 9, 7 и

10 активных и реактивных фазных проводимостей включены попарно последовательно в фазы, а их цепи напряжения подключены к фазным напряжениям нагрузки 2, соединенной в звезду. Постоянные напряжения с выходов датчиков 5 — 7, пропорциональные активным проводимостям g A, g в, g c фаз нагрузки 2, подаются соответственно на первый, второй и третий входы, а постоянные напряжения с выходов датчиков 8-10, пропорциональные реактивным проводимостям b А, Ь в, b с фаз нагрузки 2, на четвертый, пятый и шестой входы формирователя 17. управляющих сигналов.

Токовые цепи датчиков 11 и 14, 12 и 15, 13 и 16 активных межфазных проводимостей включены попарно последовательно в линии нагрузки 3, соединенной в треугольник, Цепи напряжения этих датчиков подключены соответственно на линейные напряжения UcA, UAe, UAe, Uec, UcA,. Овс.

Постоянные напряжения с выходов датчи5 ков 11-16, пропорциональные активным межфазным проводимостям, подаются соответственно на седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатые входы формирователя 17 управляющих сиг10 налов.

В формирователе 17 управляющих сигналов по входным напряжениям, поступающим с датчиков 5 — 16, образуются постоянные напряжения, пропорциональ15 ные реактивным проводимостям b А, Ьсв, Ь с и b Aâ, Ь вс, b cA симметризатора 1. с

Для формирования первой группы из трех напряжений служат трехвходовые операционные блоки 18-20, а для формирования

20 второй группы из трех напряжений — четырехвходовые операционные блоки 21-23.

На входы операционных блоков 18 — 20 входные напряжения поступают в соответствии с выражениями (11), а на входы операцион25 ных блоков 21 — 23 — в соответствии с выражениями (12). С выходов операционных блоков 18,19,20 и 21,22,23 постоянные напряжения, поопорциональные пооводимостямЬA, Ьв Ьcи ЬAB Ьвс, ЬСА, с с

30 подаются по шести выходам формирователя

17 управляющих сигналов через блок 4 из шести линейных усилителей на входы шестиэлементного симметризатора 1, подключенного к трехфазной сети. В симметризаторе 1

35 производится соответствующая перестройка параметров реактивных элементов согласно выражениям (11) и (12), справедливым для любой трехфазной сети с изменяющейся во времени нагрузкой. При этом осуществля40 ются автоматическое симметрирование токов, уравновешивание фазных напряжений и компенсация реактивной мощности.

Формула изобретения

45 Устройство для симметрирования трехфазных сетей, содержащее последовательно соединенные формирователь управляющих сигналов, блок линейных усилителей и шестиэлементный симметризатор, подключен50 ный к источнику трехфазного напряжения, три датчика активных и три датчика реактивных фазных проводимостей; включенных попарно в каждую. фазу нагрузки, соединенной в звезду, а также три датчика межфаз55 ных проводимостей, токовые цепи которых включены в соответствующую линию нагрузки, соединенной в треугольник, причем выходы шести датчиков фазных проводимостей и трех датчиков межфаэных проводимостей подключенных к девяти входам

1737621

Составитель М.Минц

Редактор А.Маковская Техред М.Моргентал Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 1901 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул;Гагарина, 101 формирователя управляющих сигналов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет автоматической компенсации реактивной мощности сети, в нем указанные три 5 датчика межфазных проводимостей выполнены активными и дополнительно введены три других датчика активных межфазных проводимостей, токовые цепи которых включены последовательно с токовыми це- 10 пями датчиков активных межфазных проводимостей первой группы, цепи напряжения каждой пары датчиков. активных межфаэных проводимостей подключены к линейным напряжениям между данной фазой и 15 двумя другими фазами, а выходы введенных .датчиков активных межфазных проводимостей соединены с десятым, одиннадцатым и . двенадцатым входами упомянутого форми20 рователя управляющих сигналов, который содержит три трехвходовых и три четырехвходовых операционных блока, выходы которых являются выходами формирователя управляющих сигналов, причем три входа первого операционного блока соединены соответственно с третьим, вторым и четвертым входами, три входа второго операционного блока — с первым, третьим и пятым входами, три входа третьего операционного. блока — с вторым, первым и шестым входами, четыре входа операционного блока — с вторым, первым, одиннадцатым и седьмым входами, четыре входа пятого операционного блока — с третьим, вторым, девятым и восьмым входами, четыре входа шестого операционного блока — с первым, третьим, десятым и двенадцатым входами формирователя управляющих сигналов.