Компенсатор реактивной мощности

 

Сущность изобретения. В соответствии с заданным током регулятор тока 13 с учетом напряжения с датчика 12 формирует сигнал управления на входе фазосмещающего блока 4, который управляет вентилями моста 3. В компенсаторе двухступенчатая коммутация запираемых тиристоров на первом этапе коммутируют вентили, на втором - тиристор и диод. На втором этапе в короткозамкнутый контур включается конденсатор фильтрации б из блока рекуперации энергии 5. Компенсатор содержит два блока 5, обеспечивающих вывод в сеть запасенной электромагнитной энергии. Вывод обеспечивается инвертором 7. Напряжение на конденсаторе фильтра б регулируется с помощью датчика 9 и регулятора напряжения 10 преобразователем 11 по специальной зависимости, обеспечивающей поддержание угла коммутаций на постоянном уровне 45-55 эл.град. Такой угол коммутации обеспечивает снижение уровня внешних гармоник в первичном токе компенсатора . 2 ил. сл С VJ СЛ со сл 4 Јь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (19) (11) (51)5 Н 02 J 3/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

OnVCAHVE И )ВРЕТЕ И

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4701916/7 (22) 06.06.89 (46) 07.08.92. Бюл. N 29 (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Научно-производственного объединения "ХЭМЗ" (72) Г.Г.Жемеров и Е,Б.Петрик (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1417103, кл. К 02 J 3/18, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N«1394373, кл, Н 02 M 7/155, 1986 (прототип). (54) КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Сущность изобретения. В соответствии с заданным током регулятор тока 13 с учетом напряжения с датчика 12 формирует сигнал управления на входе фазосмещающего блока 4, который управляет вентилями моста 3. В компенсаторе двухступенчатая коммутация запираемых тиристоров на первом этапе. коммутируют вентили, ía втором — тиристор и диод. На втором srane в короткозамкнутый контур включается конденсатор фильтрации 6 иэ блока рекуперации энергии 5. Компенсатор содержит два блока 5, обеспечивающих вывод в сеть sanaсенной электромагнитной энергии. Вывод обеспечивается инвертором 7, Напряжение на конденсаторе фильтра 6 регулируется с помощью датчика 9 и регулятора напряжения 10 преобразователем 11 по специальной зависимости; обеспечивающей поддержание угла коммутации на постоянном уровне 45-55 эл.град. Такой угол коммутации обеспечивает снижение уровня внешних гармоник в.первичном токе компенсатора. 2 ил.

1753544 силового моста с опережающими углами управления обеспечивает генерацию реактив- 55 ной мощности в питающую сеть. Блоки рекуперации энергии обеспечивают вывод в сеть электромагнитной энергии, запасенной в контурах коммутации, при заданном уровне перенапряжений на элементах схе1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации напряжения и компенсации реактивной мощности в электрических сетях„

Известен компенсатор реактивной мощности, содержащий трансформатор, тиристорный преобразователь напряжения с диодами обратного тока, к выходу которого подключен конденсатор, схему управления и дополнительный компенсатор, состоящий из последовательно соединенных реакторов и-двуйаправленных ключей, йричем выводы переменного тока преобразователя

"" напряжения через реакторы и выводы дополнительного компенсатора подключены к вентильным обмоткам трансформатора; соединенного через выключатель с сетью (1), Высшие гармоники составляющих первичного тока, определяемые работой преобразователя напряжения и дополнительного компенсатора, за счет фазового-сдвига частично взаимокомпенсируются, Однако устройство не обеспечивает полной вээимокомпенсации высших гармоник в суммарном сетевом токе, что является

его недостатком.

Найболее близким по технической сущности и достигэемому результату к предлагаемому является компенсатор реактивной мощности на основе преобразователя переменного напряжения в постоянное, состоящий из дйодного моста," силового моста на запираемых тиристорэх с фазосмещающим узлом, трансформатора, вентильные обмот -ки которого связаны с выводами переменного тока указанных мостов. и двух блоков рекуперации энергии, каждый из которых содержит LC-фильтр, датчик напряжения, регулятор напряжения и ведомый инвертор с фазосмещающим узлом, подключенный выводами переменного тоха к дополнйтель ным обмоткам трансформатора, выводами постоянного тока — к LC-фильтру, конденсатор которого включен между однополярны ми выводами диодного и силового мостов и связан с датчиком напряжения. Подключен"ным выходом к входу фазосмещающего узла ведомого инвертора через регулятор . напряжения, на задающий вход которого поступает постоянный сигнал уровня перенапряжения (2).

Коммутация запираемых тиристоров

5.

50 мы, При этом напряжение Ч, на конденсаторах LC-фильтров и угол у коммутации запираемых тиристоров связаны выражением у Чс-Eam(cos(а+ у)-сов а)-2Xald, (1) где Е» — амплитуда коммутирующего напряжения вентильных обмоток трансформатора;

Xa — приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы;

lg — ток нагрузки силового моста;

a — угол управления (-к< а< О) запираемых тиристоров.

За счет поддержания напряжения V, постоянным угол у коммутации изменяется в зависимости от тока la, Компенсатор обладает предельным быстродействием, но имеет повышеннь1й уровень высших гармоник в первичном токе, коэффициент искажения которого приближается к значению 0,955.

Целью изобретения является улучшение формы первичного тока компенсатора реактивной мощности за счет поддержания заданного угла коммутации во всем диапазоне. регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсатор реактивной мощности, со.стоящий из трансформатора, вентильные обмотки которого соединены с выводами переменного тока диодного моста и силового моста на запираемых тиристорах с фэзосмещающим узлом и нагрузкой, двух блоков рекуперации энергии, каждый из которых содержит емкостно-индуктивный фильтр, датчик напряжения, регулятор напряжения и ведомый инвертор с фазосмещающим уз- лом, подключенный выводами переменного тока к дополнительным обмоткам трансформатора, выводами постоянного тока — к емкостно-индуктивному фильтру, конденсатор которого включен между однополярными выводами диодного и силового мостов и связан с датчиком напряжения,.подключенным выходом к входу фазосмещающего узла ведомого инвертора через регулятор напряжения, введены датчик тока, регулятор тока и функциональный преобразователь, реализующий зависимость

Vc= fEamcos(Q+ y)-Eamcosa + 2Ха1 ), 1 (2) где Vc — напряжение на конденсаторе фильтра:

Eam — амплитуда номинального напряжения вентильных обмоток трансформатора;

1753544

20

30

40 ра1 диодного 2 и силового 3 мостов и связан с 50 датчиком 10 напряжения. Регулятор 11 на- пряжения подключен входом обратной связи с выходом датчика 10 напряженйя, а выходом соединен с входом фазосмещаюX> — приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы вентильных обмоток;

Id — ток нагрузки силового моста компенсатора; а — угол управления запираемых тиристоров;

y — заданный угол коммутации запираемых тиристоров, при этом датчик тока входом связан с це тью нагрузки силового моста, выходом подключен к входу обратной связи регулятора тока и первому входу функционального преобразователя, выход которого подключен к задающим входам регулятором напряжения каждого из блоков рекуперации энергии, второй вход функционального преобразователя и вход фазосмещающего узла силового моста соединены с выходом регулятора тока, .на задающий вход которого постуйает сигнал задания тока нагрузки силового моста ксмпенсатора.

На фиг.1 приведена схема компенсатора реактивной мощности; на фиг,2 — схема функционального преобразователя, Устройство содержит трансформатор 1, диодный мост 2, силовой мост 3 на запираемых тиристорах с фазосмещающим узлом

4 и нагрузкой 5, два блока 6 рекуперации энергии, в.каждый из которых входит емкостно-индуктивный фильтр 7, ведомый инвертор 8 с фазосмещающим узлом 9, датчик

10 напряжения и регулятор 11 напряжения, функциональный преобразователь 12, датчик 13 тока и регулятор 14 тока.

Вентильные обмотки трансформатора 1 соединены с выводами переменного тока диодного моста 2 и силового моста 3 на запираемых тиристорах. Вентили последнеro управляющими электродами связаны с выходами фазосмещающего узла 4. В блоке

5 рекуперации энергии выводы переменного тока ведомого инвертора 8 подключены к дополнительным обмоткам трансформатоВыводы постоянного тока ведомого инвертора 8 соединены с емкостно-индуктивным фильтром 7, конденсатор которого включен между однополярными выводами щего узла 9, выходы которого подключены к управляющим электродам вентилей ведомого инвертора 8, Датчик 13 тока связан с цевью нагрузки 5 силового моста 3, вход фазосмещающего узла 4 которого соединен с выходом perynatopa 14 тока и вторым входом функционального преобразователя 12.

Задающие входы регуляторов 11 напряжения каждого из блоков 5 рекуперации

5 энергии подключены к выходуфункционального преобразователя 12, первый вход которого и выход датчика 13 тока соединены с входом обратной связи регулятора 14 тока.

На задающий вход регулятора 14 тока по- . ступает сигнал задания тока нагрузки силового моста 3.

Функциональный преобразователь 12 может выполняться на дискретных элементах или в виде программного блока при ре5 ализации системы управления на базе микропроцессора. Схема функционального преобразователя 12 на дискретных элементах приведена на фиг.2.

Функциональный преобразователь 12 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12.1, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12.2, элемент 12.3 задержки, запоминающие регистры 12.4 и 12.5, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

12,6 и t2.7, сумматор 12,8 и пропорциональный усилитель 12,9.

АЦП 12,1 и ЦАП 12.6, 12,7 могут быть выполнены, например, на элементах серии

УК572, ПЗУ 12,2 реализуется на элементах серии К556, Запоминающие регистры 12.4, 12.5 могут быть выполнены, например, на триггерах К155 ТМ8, 5 Сумматор 12.8 и пропорциональный усилитель 12.9 выполняются на операционных усилителях с соответствующими цепями обвязки (не показаны).

Первым входом функционального преобразователя 12 является вход пропорционального усилителя 12.9, вторым входом служит измерительный вход АЦП 12.1, а выходом — выход ЦАП 12.7.

Функциональный преобразователь 12

5 (фиг.2) работает следующим образом.

На входы опорного напряжения АЦП

12.1 и ЦАП 12,6 поступает сигнал, пропорциональный амплитуде Е номинального напряжения вертикальных обмоток трансформатора 1 (фиг.1). На измерительный вход АЦП 12,1 поступает напряжение с выхода регулятора 14 тока. Вследствие этого на выходе АЦП 12.1 формируется цифровой код соз а, преобразуемый ПЗУ 12.2 в два

5 1 цифровых сигнала (cos(a + y)-соз a) и —, у причем - заданный параметр. По фронту импульса "Конец преобразования" с выхода

АЦП 12,1, задержанного элементом 12.3 на

1753544 время r, выходные сигналы ПЗУ 12.2 записываются в запоминающие регистры 12,4 и

12.5, Время т выбирают из условия гарантированного срабатывания элемента ПЗУ

12,2.

Выходной код регистра 12.4 преобразуется ЦАП 12.6 в напряжение, соответствующее величине E»(cos(a + у)-cos а), Сигнал, пропорциональный току 1 нагрузки силового моста, поступает на вход усилителя 12.9, коэффициент передачи которого равен 2Ха.

Сумматор 12.8 суммирует выходные сигналы ЦАП 12.6 и усилителя 12,9 и служит источником опорного напряжения (Eamcos(a+y) Eamcosа+2Xa1a)для ЦАП 12.7, на входы. управления которого подается цифровой код — с выхоДа регистра 12,5.

r

Выходной сигнал ЦАП 12.7 соответствует напряжению

Vc= — (Е соз(а+ y)-Eamcos а+ 2Xal a), 1 (2) где 1»- заданная величина;.

Eam, Xa- величины, определяемые параметрами питающей сети и трансформатора

1 соответственно;

1, cos а- измеряемые параметры.

Компенсатор реактивной мощности (фиг.1) работает следующим образом.

Компенсатор подключен к питающей сети через трансформатор 1, у которого амплитуда напряжения вентильных обмоток нйже соответствующего напряжения дополнительныхх обмоток. Регулятор 14 тока и датчик 13 тока входят в контур регулирования тока 1 нагрузки 5 силового моста 3 в зависимости от сигнала задания laap. Фазосмещающий узел 4 обеспечивает отпирание запираемых тиристоров силового моста 3 с передающими углами управления, что соответствует генерации реактивной мощности в питающую сеть. В компенсаторе осущест вляется двухстуйенчатая коммутация запираемых тиристоров; на первом этапе коммутируют выходящий из работы запираемый тиристор и соответствующий емудиод . моста 2, на втором — диод моста 2 и вступающий в работу запираемый тиристор силового моста 3, Длительность первого этапа минимальна (единицы (МКС) и определяется характеристиками запираемых тиристоров, На втором этапе в короткозамкнутый контур включается конденсатор фильтра 7, входящего в состав блока 6 рекуперации энергии, Полярность напряжения Vc на конденсаторе фильтра 7 соответствует укаэанной

20

45

50 вершиной и срезом содержание высших гармоник снижается в 5-8 раэ.

35 на фиг.1 На интервале коммутации длительностью у конденсатор фильтра 7 подзаряжается. По окончании коммутации избыток запасенной энергии сбрасывается в сеть с помощью ведомого инвертора 8, управляемого посредством фазосмещающего узла 9.

Регулятор 11 напряжения и датчик 10 напряжения, входящие в состав блока 6, позволяют поддерживать напряжение Vc на конденсаторе фильтра 7 на определенном уровне, ограничивая перенапряжение на элементах схемы, Описанный процесс соответствует коммутации запираемых тиристоров катодной группы силового моста 3. Аналогичным образом работает второй блок 6 рекуперации энергии при коммутации вентилей анодной группы силового моста 3.

Выражение (1) устанавливает связь между углом у коммутации запираемых тиристоров и напряжением Vc конденсатора фильтра 7.

Функциональный преобразователь t2 по первому входу получает сигнал, пропорциональный текущему значению la тока нагрузки силового моста 3. На втором входе функционального преобразователя 12 присутствует напряжение, пропорциональное параметру cos а . При заданном значении угла у коммутации на уровне 40 — 55 эл. град функциональный преобразователь 12 в соответствии с выражением (2) форми рует сигнал требуемого напряжения Vc на конденсаторе фильтра 7. Выходной сигнал функционального преобразователя 12 поступает на задающий вход регулятора 11 напряжения.

Из изложенного следует; что величина генерируемой в питающую сеть реактивной мощности определяется значением тока 1 в цепи нагрузки 5, регулируемого в соответствии с сигналом задания 1з д. Форма первичного тока компенсатора определяется заданным значением угла у коммутации и напряжением Vc конденсаторах фильтров 7, причем за счет приближения формы полуволны первичного тока к трапеции с одинаковыми по длительности фронтом, Таким образом, компенсатор реактив- . ной мощности обладает улучшенной фор-. мой первичного така, что исключает, например, установку резонансных фильтров на первичной стороне для уменьшения искажающих воздействий устройства на питающую сеть. t0

1753544

Формула изобретения

Ц - — fE» e(gi g-4д<а4 Яде)

9Ь,Z

Составитель Е.Петрик

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M.Ê6ðåöìàí

Редактор M.ßíêoBè÷

Заказ 2772 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производстве н но-издател ьский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Компенсатор реактивной мощности, состоящий из трансформатора, вентильные обмотки которого связаны с выводами пере- 5 менного тока диодного моста и силового моста на запираемых тиристорах с фазосмещающим узлом и нагрузкой, двух блоков рекуперации энергии, каждый из которых содержит емкостно-индуктивный фильтр, 10 датчик напряжения, регулятор напряжения и ведомый инвертор с фазосмещающим узлом, подключенный выводами переменного тока к дополнительным обмоткам трансформатора, выводамй постоянного тока — к ем- 15 костно-индуктивному фильтру, конденсатор которого включен между однополярными выводами диодного и силового мостов и связан с датчиком напряжения, подключенным выходом к входу фазосмещающего узла ве- 20 домого инвертора через регулятор напряжения, отличающийся тем, что. с целью улучшения формы первичного тока путем поддержания заданного угла коммутации во всем диапазоне регулирования, в,него 25 дополнительно введены датчик тока, регулятбр тока и функциональный преобразователь, реализующий зависимость

Vc= — (Е,,соз(а+ g-Eamcos G + 2Х,1,)

1 у где V< — напряжение на конденсаторе фильтра;

Е m — амплитуда линейного напряжения вентильных обмоток трансформатора;

Xa — приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы вентильных обмоток;

1д — ток нагрузки силового моста компенсатора; а — угол управления запираемых тиристо ров; - заданный угол коммутации запираемых тиристоров. при этом датчик тока входом связан с цепью нагрузки силового моста, выходом подключен к входу обратной связи регулятора тока и первому входу функционального преобразователя, выход которого подключен к задающим входам регуляторов напряжения каждого из блоков рекуперации энергии, второй вход функциональйого преобразователя и вход фазосмещающего узла силового моста соединены с выходом регулятора тока, задающий вход которого предназначен для подключения сигнала задания тока нагрузки силового моста компенсатора,