Способ плавного регулирования реактивной мощности в электрических цепях

 

Область использования: в промышленных электрических сетях и в цепях резонансных контуров мощных радиотехнических устройств. Сущность изобретения: для расширения диапазона регулирования с установленной регулируемой емкостью в п раз заданный расширенный диапазон принимают равным п одинаковых поддиапазонов, в каждом из которых осуществляют регулирование установленной регулируемой емкости . Для обеспечения нормальной работы устройства с одной системой управления образуют две одинаковые регулируемые группы конденсаторов, которые включают в работу поочередно через один поддиапазон , и п-1 одинаковых нерегулируемых групп конденсаторов, которые включают по одной в регулируемую цепь каждый раз при переходе на вышерасположенный поддиапазон взамен отработанной регулируемой группы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 J 3/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4730302/07 (22) 14,08,89 (46) 30.10.92. Бюл. N. 40 (71) Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (72) Д.К.Щербаков, А.Я.Сергеев и Н.П.Мельников (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1339744, кл. Н 02.) 3/18, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР

М 230959, кл. Н 02 J 3/18, 1963.

3. Веников В.А. и др. "Статические источники реактивной мощности в электрических системах". М. Энергия, 1975, с, 97-132, (54) СПОСОБ ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования реактивной мощности в промышленных электрических сетях и в цепях резонансных контуров мощных радиотехнических устройств.

Известен способ регулирования реактивной мощности статических конденсаторов путем изменения времени включенного и закорочен ного состояния конденсаторов в течение периода (1), в котором предусмотрена воэможность расширения диапазона регулирования путем компенсации третьей гармоники, Однако этот способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что для его осуществления требуется сложная цифровая система управления и

„, Я3,„, 1772867 А1 (57) Область использования: в промышленных электрических сетях и в цепях резонансных контуров мощных радиотехнических устройств. Сущность изобретения: для расширения диапазона регулирования с установленной регулируемой емкостью в и раэ заданный расширенный диапазон принимают равным и одинаковых поддиапазонов, в каждом иэ которых осуществляют регулирование установленной регулируемой емкости, Для обеспечения нормальной работы устройства с одной системой управления образуют две одинаковые регулируемые группы конденсаторов, которые включают в работу поочередно через один поддиапазон, и и-1 одинаковых нерегулируемых групп конденсаторов, которые включают по одной в регулируемую цепь каждый раэ при переходе на вышерасположенный поддиапазон взамен отработанной регулируемой группы. 2 ил. использованием мини-3ВМ и неизвестны пределы расширения диапазона регулирования.

Наиболее близким по технической сущности, принятым эа прототип, является способ (2) и устройство для его осуществления, приведенное в (3). По этом способу регулирование реактивной мощности происходит путем изменения времени включения конденсаторов параллельно регулируемой сети в течение каждого периода питающего напряжения. Недостатком указанного способа является ограничение диапазона регулирования мощности (емкости) по предельно допустимому коэффициенту несинусоидальности напряжения или тока регулируемой цепи.

1772867

15

30

50

Целью изобретения является расширение диапазона и повышения качества регулирования реактивной мощности в электрических цепях.

Поставленная цель достигается тем, что для расширения диапазона регулирования с предельно допустимой регулируемой емкостью Ср в и раз и повышения качества регулирования, расширенный диапазон принимают равным п одинаковых поддиапазонов, в каждом из которых используют такой же величины регулируемую емкость

С и изменяют ее в пределах от минимального КнСр до максимального КрСр значения, а при переходе на вышерасположенный поддиапазон при положительном угле р сдвига фаэ регулируемую емкость с максимальным значением К С> заменяют каждый раз на равную ей сумму емкостей: нерегулируемую емкость Снр и регулируемую емкость с минимальным значением

К,С . При отрицательном угле сдвига фаз регулируемую емкость снижают и при достижении ее минимального значения КнС во время работы любого поддиапазона, кроме первого, переходят на нижерасполаженный поддиапаэон, для чего одновременно отключают регулируемую емкость с минимальным значением и одну группу не-. регулируемой емкости, а регулируемую емкость с максимальным значением КаСр включают. Значение емкости Снр определяют по формуле: Cflp (Кв Кн)Ср, где Кц и Кя— максимальный и минимальный коэффициенты регулирования, соответствующие максимальному и минимальному .времени включенного состояния конденсаторов в те. чение периода; Ср — регулируемая емкость, допустимое значение которой определяется опытным путем.

Воэможность выполнения перечисленных выше основных операций и обеспечение щадящих переходных процессов достигается следующим. Регулируемые емкости Ср подготавливают в количестве двух одинаковых групп регулируемых конденсаторов, причвм, каждую группу включают в регулируемую цепь поочередно. Через один поддиапазон, а невключенную группу подготавливают к включению для перехода на следующий поддиапаэон, причем, при подготовке к переходу на вышерасположенный поддиапазон указанную группу заряжают до напряжения, соответствующего минимальному значению регулируемой емкости, а .при подготовке к переходу на нижерасположенный поддиапаэон заряжают до напряжения соответствующего максимальному значению регулируемой емкости, Нерегулируемые конденсаторы Слр подготавливают в количестве и-1 одинаковых групп и включают в регулируемую цепь по одной группе каждый раз при переходе на вышерасположенный поддиапазон, при этом до включения их заряжают до максимального амплитудного значения напряжения регулируемой цепи. Все переключения при переходах с одного поддиапазона на другой производят при значении мгновенного тока в цепи регулируемых конденсаторов равном нулю, для чего обеспечивают постоянное измерение и контроль указанного тока.

Из(3) известно, что регулирование реактивной мощности с помощью регулируемых конденсаторов сопровождается появлением высших гармоник, которые искажают напряжение или ток в регулируемой цепи, что приводит к ограничению регулируемой емкости Ср до предельно допустимого значения. Регулируемую емкость Ср можно рассматривать как генератор реактивной мощности Q«с периодическими несинусоидальными величинами. Абсолютные значения этих мощностей при равных значениях емкости Ср одинаковы в прототипе и в предлагаемом техническом решении и определяются выражением:

О«=0 2 л 1КвСр г

Но в прототипе отсутствуют другие источники реактивной мощности, поэтому относительное значение этой .мощности

О«=1, а в предлагаемом способе общая регулируемая мощность начинает увеличиваться на втором и последующих поддиапаэонах за счет подключения групп нерегулируемых емкостей Ся, которые выдают реактивную мощность Ос в таком же количестве но с синусоидальными величинами напряжения и тока. Следовательно, относительное значение мощности О«в предлагаемом способе уменьшается с увеличением числа включенных поддиапазонов и минимальная его величина

Онс mln =—

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет при равных с прототипом значениях регулируемой емкости

С> расширить диапазон регулирования в п раз и, при этом в и раз уменьшить относительное значение реактивной мощности с несинусоидальными величинами, что приводит к значительному повышению качества регулирования, а следовательно, и к повышению качества электрической энергии в регулируемой цепи, особенно на более высоких поддиапазонах. .На фиг.1 показан пример схемы устройства регулирования, с помощью которого

1772867 можно реализовать предлагаемый способ при п=б поддиапазонов регулирования; на фиг.2 — зпюры токов и напряжения в цепях устройства регулирования.

Приведенные ниже в тексте и на фиг,2 токи и напряжения имеют следующие условные обозначения:

up, Up, икр — амплитудные значения напряжений на конденсаторах, соответственно, регулируемой работающей группы, регулируемой отключенной группы и нерегулируемой группы, р, lHp, 1о — мгновенные значения тока в конденсаторах, соответственно, регулируемой группы, нерегулируемой группы и суммарный ток устройства регулирования.

Оф, 1ф — соответственно фазное напряжение и фазный ток регулируемой цепи.

Ug, 13н — амплитудные напряжения на регулируемых конденсаторах соответственно, на верхнем и нижнем пределах регулирования.

Устройство регулирования (фиг.1) содержит следующие основные узлы. Входной выключатель 1, включенный последовательно с зарядным резисторам 3, выключатель

2, две регулируемые группы конденсаторов 4 и 5, управляемые основными тиристорами 6 и 7 с коммутирующими устройствами 8 и 9. Зарядный трансформатор 10 с включенными в его цепи токоограничивающим резистором 11 и тиристорами

12-18. Пять к регулируемых групп конденсаторов 19-23, каждый из которых служит для замены отработанной регулируемой группы при переходе на вышерасположенный поддиапазон. Тиристары 24-28, служащие для подключения нерегулируамых групп конденсаторов к регулируемой цепи.

Диоды 29-33 вместе с выключателем 1 и резистором 3, предназначены для заряда нерегулируемых групп конденсаторов амплитудным напряжением регулируемой цепи.

Система управления состоит иэ следующих функциональных блоков, выполняемых иэ элементов,.выпускаемых нашей промышленностью: формирователя импульсов 34, исполнительного устройства 35 и логических устройств 36-41. Логические устройства выполняют следующие функции: устройство 36 выдает команду на заряд конденсаторов неработающей регулируемой группы до напряжения ио=0к, при сочетании следующих величин: ио<Ь» и Up=Up. устройство 37 — выдает команду на разряд конденсаторов неработающей регулируемой группы до напряжения ио--0 i, при сочетании величин: ио>0н и up=Up устройство 38 выдает команду на заряд конденсаторов неработающей регулируемой группы до напряжения ио=0. при сочетании величин. ио<Ов и ир=1Л, устройство 39 выдает одновременно следующие команды для перехо5 да на более высокий поддиапазон при сочетании величин: ио=0н, ир=0в и Ic=O: а) на включение нерегулируемой группы конденсаторов, б) ка отключение отработавшей регулируемой группы конденсаторов, 10 в) на включение неработавшей регулируемой группы кокденсаторов; устройство 40 выдает одновременно команды для перехода на кижерасположенный поддиапазон при сочетании величин: Up=Up, ир=0к и!с=О:

15 а) на отключение одной нерегулируемой группы конденсаторов, б) на включение неработающей регулируемой группы конденсаторов, в) на включение отработавшей регулируемой группы; устройство 41 выдает

20 одну из следующих команд: а) при положительном угле р сдвига фаз между током 1ф и напряжением Оф регулируемой цепи — ка увеличение угла регулирования Р, б) при угле сдвига фаз близком к нулевому значе25 нию — на стабилизацию угла регулирования, в) при отрицательном угле сдвига фаэ — на уменьшение угла регулирования Р

Работа устройства регулирования происходит следующим образом. При пуске ус30 тройства эал ыкают цепь питания системы управления и включают контактор 1, который замыкает цепь. заряда от регулируемой цепи через резистор 3 и диоды 29-33 на все нерегулируемые группы конденсаторов 1935 23 (фиг.1) и только после их полного заряда автоматически вкл очается контактор 2. При положительном значении угла сдвига фаз логическое устройство 41 выдает команду на подачу импульсов управления тиристо40 ров би8, С этого момента начинается процесс регулирования реактивной мощности, заключающийся в следующем. Импульсы управления на тиристоры 6 и 8 сначала под45 ают в момент t< (фиг.2б, в), определяемый минимальным углом Д которому соответствует минимальный коэффициент регулирования К». В момент тг подается импульс управления на тиристоры коммутирующего

50 устройства 8 и тиристоры б запираются. В промежутке времени tz-tä напряжение ир на регулируемой группе конденсаторов 4 остается постоянным. В момент тз тиристоры 6 снова отпира атся и происходит изменение

55 по синусоида напряжения на конденсаторах 4 в течение времени тэ-т1. Таким образом, в интервалах времени 11-тг и тэ-t4 изменяется напряжение ир на конденсаторах 4, которое сопровождается появлением

1772867 то срабатывает логическая система 37 и 55 выдает команду на разряд этих конденсаторов, т,е. выдает команду на отпирание тиристоров 16 и 14 для разряда конденсаторов 4 по цепи 4-16-,11-14-4. После разряда кондентока tp (фиг.2а), т.е. B укаэанных интервалах выдается в регулируемую цепь реактивная мощность. Если после включения минимальной реактивной мощности, соответствующей нижнему пределу регулирования (P=P<), угол сдвига фаз р продолжает оставаться положительным, то исполнительное устройство 35 продолжает выдавать команды на увеличение реактивной мощности путем увеличения угла регулирования В тиристоров 6. При достижении угла регулирования P = P, соответствующего верхнему пределу регулирования датчик логического устройства 36 выдает сигнал о достижении на работающей регулируемой группе конденсаторов напряжения up=U> и если при этом на неработающей регулируемой группе конденсаторов 5 напряжение

uo и u<=U< приводит к срабатыванию логического устройства 39 в момент, когда в очередной период мгновенное значение тока в цепи конденсаторов i<=0 и логическое устройство

39 выдает следующие команды:

1) на включение тиристора 24 нерегулируемой группы конденсаторов 19:

2) на отключение тиристоров 6 регулируемой группы конденсаторов 4;

3) на включение тиристоров 7 неработающей регулируемой группы конденсаторов

5 с углом регулирования Р-Рн. После выполнения перечисленных операций устройство регулирования снова увеличивает вводимую регулируемую емкость (мощность) путем изменения угла регулирования от Д до Д тиристоров 7 при наличии положительного угла сдвига фаз ср. При значении напряжения up=U< снова сработает логическая система подготовки к переключению на более высокий поддиапазон. Но теперь при окончании работы на втором или другом более высоком поддиапазоне может сработать одна из двух логических систем 36 или 37. Если напряжение на конденсаторах отключенной регулируемой группы 4 не упало до значения uo

50 саторов 4 до напряжения up=U>< при появлении в очередной период момент, когда !С=0 срабатывает логическое устройство 39 и выдает команды: 1) на включение нерегулируемой группы конденсаторов 20 (включение тиристора 25); 2) — на отключение отработавшей регулируемой группы конденсаторов 5 (тиристоры 7) и 3) — на включение регулируемой неработающей группы 4 (тиристоры 6).

При работе устройства в режиме увеличения регулируемой емкости угол сдвига фаз может получить нулевое значение, а затем — отрицательное. При отрицательном угле алогическое устройство 41 выдает команду на уменьшение угла регулирования

P„B pe3Y T3Te 8 0 H np eH up на конденсаторах регулируемой работающей группы уменьшается. Когда напряжение на конденсаторах работающей регулируемой группы, например, при работе на третьем поддиапазоне уменьшится до значения

up-UH срабатывает логическая система 38 и выдает команду на заряд неработающей регулируемой группы 5 путем включения импульсов управления тиристоров 12 и 17.

После заряда конденсаторов 5 по цепи 1211-17-5-12 до напряжения u>=UО срабатывает логическая система 40, которая при мгновенном значении тока!с=О выдает следующие команды: а) на отключение нерегулируемой группы конденсаторов 20 (отключение тиристора 25), б) на включение группы конденсаторов 5 (включение тиристоров 7), в) на отключение группы конденсаторов 4 (отключение тиристоров 6). После выполнения перечисленных операций устройство регулирования начнет работу на втором поддиапазоне с максимальным углом регулирования P =P> соответствующим верхнему пределу регулирования с коэффициентом Êâ.

Аналогично происходят переходы на любой другой нижерасположенный или вышерасположенный поддиапазоны, Использование предлагаемого способа плавного регулирования мощности статических конденсаторов обеспечивает следующие преимущества:

1) Возможно регулирование реактивной мощности в автоматическом режиме практически с любым заданным диапазоном при условии обеспечения заданного коэффициента несинусоидальности напряжения или тока без применения дополнительной компенсации или фильтрации высших гармоник.

2) Наличие преимущества по и. 1 позволяет утверждать, что устройства регулиро1772867

10 вания большой мощности, выполненные с использованием предлагаемого способа, при условии обеспечения высокой надежности системы управления могут стать конкурентноспособными с синхронными 5 компенсатарами, используемыми в промышленных электросетях.

3) Использование предлагаемого способа регулирования в резонансных RLC-контурах мощных радиотехнических устройств 10 позволить применить беспрерывную плавную настройку резонансного режима в пределах всего заданного диапазона изменения частоты, т,е, позволит многократно увеличить полосу пропускания, соответст- 15 вующую одному поддиапазону при существующих устройствах регулирования.

Формула изобретения

Способ плавного регулирования реак- 20 тивной мощности в электрических цепях, согласно которому измеряют угол сдвига фаз между током и напряжением и в зависимости от знака и величины этого угла изменяют емкость Ср конденсаторов путем 25 изменения времени включенного состояния в течение периода питающего напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования с предельно допустимой регулируемой емко- 30 стью Ср в и раз и повышения качества регулирования, в каждом иэ и одинаковых поддиапаэанов расширенного диапазона регулирования используют конденсатор с такой же величиной регулируемой емкости 35

Ср и при положительном угле сдвига фаз подключают одну из двух регулируемых групп конденсаторов и изменяют емкость в пределах от минимального КнСр до максимального значения К Ср, а при достижении 40 максимального значения регулируемой емкости и сохранения положительного значения угла сдвига фаз переходят на второй, а затем на другие вышераспалаженные паддиапазоны, для чего одновременно отключают отработавшую группу и включают неработавшую группу регулируемых конденсаторов, которую предварительно заряжают да напряжения, соответствующего минимальной емкости, и одновременно включают одну группу нерегулируемых конденсаторов, которую предварительно заряжают до напряжения регулируемой цепи, а в случае, если при работе на втором или другом вышерасположеннам паддиапаэоне угол сдвига фаз станет отрицательным, сначала уменьшают емкость группы регулируемых конденсаторов до минимального значения, а затем при сохранении отрицательного угла сдвига фаз переходят на нижерасположенный поддиапазон, для чего одновременно отключают отработавшую группу и включают неработавшую группу регулируемых конденсаторов, которую предварительно заряжают до напряжения, соответствующего максимальному значению емкости, и одновременно отключают одну нерегулируемую группу конденсаторов, при этом во время перехода с одного поддиапазона на другой контролируют ток в цепи конденсаторов и указанные выше переключения осуществляют в момент равенства нулю мгновенного тока, причем для эмпирически принимаемого значения емкости Ср величину емкости Снр нерегулируемых конденсаторов определяют из соотношения

Сн р=(Ко-Кя) Ср, где Кв и Кв — максимальный и минимальный коэффициенты регулирования, соответствующие максимальному и минимальному времени включенного состояния конденсаторов в течение периода.

1772867

1772867

Составитель Д. Щербаков

Техред M.Moðleíòâë КоРРектоР М, Ткач

Редактор Т, Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3849 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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