Устройство для регулирования активно-реактивной мощности в энергосистеме

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для поддержания динамической устойчивости синхронных Мс)шин и демпфирования колебаний активной и реактивной мощностей в энергосистеме. Цель - расширение функциональных возможностей преобразователей с управляемым шунтирующим вентилем, расширение областей независимого регулирования ЗКТИЕ ной и реактивной мощностей при работе в сильноточном режиме и повышение надежности в аварийных режимах, Устройство содержит преобразовательный трансформатор с сетевой и вентильной обмотками , управляемый мостовой преобразователь с цепью последовательно соединенных управляемых шунтирующих вентилей, систему управления фазными вентилями, систему управления шунтирующими вентилями, сверхпроводниковый индуктивный накопитель с элементом аварийного вывода энергии на выходе преобразователя . Нулевой вывод вентильной обмотки трансформатора гальванически связан с точкой соединения шунтирующих вентилей При раздельном управлении фазными вентилями и шунтирующими вентилями в кривой выпрямленного напряжения, создаваемой, например, анодной группой преобразователя, формируются участки положительного , отрицательного и нулевого напряжения. Путем изменения длительности указанных участков можно на периоде промышленной частоты обеспечить требуемый процесс ввода, вывода и хранения энергии в сверхпроводниковыи накопитель. Аналогичные процессы протекают и в катодной группе преобразователя, причем каждый из двух последовательно включенных в шунтирующую цепь вентилей работает со своей катодной или анодной группой, вступая в работу три раза в течение одного периода . 1 з.п. ф-лы, 4 ил. 00 XS XI 00 СЛ С ;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 05 F 1/66

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(1

СО

"4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747961/07 (22) 09.10.89 (46) 30.11.92, Бюл, N 44 (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина (72) Н.С, Лазарев, А.В, Стукачев и И,В. Якимец (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1200265, кл, G 05 F 1/66, 1983.

Роджерс Дж.Д. и др, Применение сверхпроводящего магнитного накопителя для стабилизации линии электропередачи. ТИИЭР, т, 71, N 9, сентябрь 1983, M.: Мир, с, 90 — 101, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

АКТИВНО-РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В

ЭНЕРГОСИСТЕМЕ (57) Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для поддержания динамической устойчивости синхронных машин и демпфирования колебаний активной и реактивной мощностей в энергосистеме. Цель — расширение функциональных возможностей преобразователей с управляемым шунтирующим вентилем. расширение областей независимого регулирования акти ной и реактивной мощностей при работе в сильноточном режиме и повышение надежности в аварийных режимах, Устройство содержит преобразовательный

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для поддержания динамической устойчивости синхронных машин и демпфирования колебаний активной и реактивной мощностей в энергосистеме.. Ж 1778756 А1 трансформатор с сетевой и вентильной обмотками, управляемый мостовой преобразователь с цепью последовательно соединенных управляемых шунтирующих вентилей, систему управления фазными вентилями, систему управления шунтирующими вентилями, сверхпроводниковый индуктивный накопитель с элементом аварийного вывода энергии на выходе преобразователя. Нулевой вывод вентильной обмотки трансформатора гальванически связан с точкой соединения шунтирующих вентилей. При раздельном управлении фазными вентилями и шунтирующими вентилями в кривой выпрямленного напряжения, создаваемой, например, анодной группой преобразователя, формируются участки положительного, отрицательного и нулевого напряжения. Путем изменения длительности указанных участков можно на периоде промышленной частоты обеспечить требуемый процесс ввода, вывода и хранения энергии в сверхпроводниковый накопитель.

Аналогичные процессы протекают и в катодной группе преобразователя, причем каждый из двух последовательно включенных в шунтирующую цепь вентилей работает со своей катодной или анодной группой, вступая в работу три раза в течение одного периода. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известно устройство для раздельного регулирования активной и реактивной мощностей, содержащее накопитель электрической энергии и трехфазный управляемь и мостовой преобразователь.

1778756

Недостатком устройства является необходимость использования большого числа дополнительных вентилей для шунтирования каждой вентильной группы.

Известно также устройство для регулирования активно-реактивной мощности в энергосистеме, содержащее сверхпроводниковый индуктивный накопитель с элементом аварийно-.о вывода энергии, управляемый мостовой преобразователь, подключенный к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора. управляемый шунтирующий вентиль, системы управления фазными и шунтирующими вентилями, По своей технической сути и достигаемому результату указанное устройство является наиболее близким к предлагаемому техническому решению и рассматривается в качестве прототипа.

Однако известное техническое решение не позволяет обеспечить эффективное регулирование активно-реактивной мощности при использовании в схеме только одного трехфазного мостового управляемого преобразователя с одним управляемым шунтирующим вентилем при их раздельном управлении. Наибольшая область изменения активно-реактивной мощности может быть получена при последовательном соединении по крайней мере двух мостов и их раздельном управлении. Однако последовательно соединенные преобразователи работают со сравнительно низкими значениями токов, а шунтирующий вентиль выполняет только функции элемента противоаварийной автоматики, по существу не участвуя в работе номинального режима.

В то же время сам принцип использоваНИя в качестве элемента накопления энергии сверхпроводниковой индуктивной катушки предполагает работу с большими значениями номинальных токов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей преобразователей с управляемым шунтирующим вентилем, расширение областей независимого регулирования активной и реактивной мощностей при работе в сильноточном режиме и повышение надежности в аварийных режимах

Цель, достигается тем, что шунтирующие вентили используются не только как элементы противоаварийной автоматики, но и в качестве силового элемента преобразователя тока в номинальных режимах, что обеспечивает достаточно широкий диапазон независимого изменения активно-реактивной мощности при работе накопителя с одним преобразователем и позволяет пол30

55

Устройство содержит преобразовательный трансформатор с сетевой 1 и вентильной 2 обмотками, управляемый мостовой преобразователь 3 с цепью последовательно соединенных управляемых шунтирующих вентилей 4, общая точка которых соединена с нулевым выводом обмотки 2, систему управления фазными вентилями 5, учить оптимальное сочетание интервалов шунтирования и инвертирования. Для этого в устройство введен дополнительный управляемый шунтирующий вентиль, включенный последовательно с первым шунтирующим вентилем, цепь из последовательно включенных управляемых шунтирующих вентилей включена параллельно сверхпроводниковому индуктивному накопителю, вентильная обмотка преобразовательного трансформатора включена по схеме "звезда" с нулевым выводом, причем нулевой вывод вентильной обмотки преобразовательногоо трансформатора подключен к месту соединения двух последовательно включенных управляемых шунтирующих вентилей, Схема дополнительно содержит управляемый мостовой преобразователь, подключенный к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора, соединенной по схеме "звезда" с нулевым выводом, причем управляемый преобразователь подключен параллельно к сверхпроводниковому индуктивному накопителю с элементом аварийного вывода энергии, а нулевой вывод вентильной обмотки подключен к месту соединения двух шунтирующих вентилей.

Все перечисленные выше признаки отличают заявляемое техническое решение от прототипа и обусловливает соответствие этого решения критерию "новизна". Заявителем не обнаружены известные технические решения, в которых присутствуют отличительные признаки заявленного объекта и проявляют такие же свойства. Это дает основание считать, что предлагаемое решение отвечает критерию патентоспособности "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для регулирования активно-реактивной мощности в энергосистеме с одним мостовым преобразователем и двумя шунтирующими вентилями; на фиг. 2 — схема с двумя параллельно включенными преобразователями; на фиг, 3 — кривые выпрямленных напряжения и токов в анодной группе мостового преобразователя: на фиг. 4 — диаграмма изменения диапазона независимого регулирования активно-реактивной мощности для различных схем преобразователей.

1778756

50

55 систему управления шунтирующими вентилями 6, сверхпроводниковый индуктивный накопитель 7 с последовательно соединенным элементом аварийного вывода энергии

8. При параллельном соединении управляемых преобразователей (фиг. 2) устройство дополнительно содержит преобразовательный трансформатор с сетевой 9 и вентильной 10 обмотками, управляемый мостовой преобразователь 11. Нулевой вывод 12 вентильной обмотки 2 гальванически соединен с узлом 13 и узлом 14. Узлы 13 и 14 могут быть заземлены, Устройство работает следующим образом.

При раздельном управлении фазными вентилями 5 (углы а ) и шунтирующими вентилями 4(углы а ) в кривой выпрямленного напряжения, создаваемой, например, анодной группой преобразователя (фиг. 3) формируются участки положительного, отрицательного и нулевого напряжения. Путем изменения длительности указанных участков можно на периоде промышленной частоты обеспечить требуемый процесс ввода, вывода или хранения энергии в сверхпроводниковый накопитель. Аналогичные процессы протекают и в катодной группе преобразователя, причем каждый из двух последовательно включенных в шунтирующую цепь вентилей 4 работает со своей катодной или анодной группой, вступая s работу три раза в течение одного периода.

Как видно из кривой выпрямленного напряжения (фиг. 3), минимальный угол управления шунтирующего вентиля 4 равен л/6.

Это условие ограничивает и диапазон независимого изменения активной и реактивной мощностей при работе индуктивного накопителя с трехфазным управляемым мостовым преобразователем и двумя последовательно включенными шунтирующими вентилями (заштрихованная область на диаграмме фиг. 4).

При наличии одного шунтирующего вентиля в известном техническом решении также возможно независимое управление активной и реактивной мощностями. Однако в этом случае минимальный угол управления шунтирующим вентилем не может быть более л/3 и область независимого регулирования с учетом коммутационных процессов в вентилях становится практически нереализуемой, Таким образом включение шунтирующих вентилей согласно заявленному предложению позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет использования шунтирующих вентилей не только как элементов противоава5

40 рийных мероприятий, но и в качестве силового элемента преобразования тока в номинальных режимах, и получить достаточно широкий диапазон независимого изменения активно-реактивной мощности при работе накопителя с одним преобразователем, Сверхпроводниковые индуктивные накопители в силу использования сильноточных токонесущих систем наиболее эффективны при работе с большой плотностью тока. В частности, оптимальным конструкциям накопителей с энергоемкостью

10 — 10 Дж соответствуют токи не ниже 57 9

20 кА, в связи с этим наиболее рациональной схемой преобразователей является их параллельное соединение, В этом случае устройство дополнительно содержит преобразовательный трансформатор с сетевой 9 и вентильной 10 обмотками и трехфазную группу фазных вентилей 11, Благодаря гальваническомусоединению нулевых выводов 12, 14 вентильных обмоток 2, 10 с узлом 13 в цепях шунтирующих вентилей 4 обеспечивается устойчивая работа параллельно включенных преобразователей, В первую очередь это связано с выравниванием потенциалов нулевых выводов фазных обмоток преобразовательных трансформаторов и узловых точек шунтирующих вентилей, поочередно работающих в анодных и катодных группах преобразователей, Для более эффективного выравнивания токов по параллельно работающим преобразователям гальваническая связь нулевых выводов 12, 14 вентильных обмоток и узла

13 может быть заземлена.

Для защиты сверхпроводникового индуктивного накопителя при потере частью обмотки сверхпроводящего состояния в предлагаемом устройстве предусмотрен элемент аварийного вывода энергии 8. Конструктивно он может быть выполнен аналогично известному техническому решению, т.е, в,виде коммутационного комплекса, включающего в аварийном режиме в цепь сверхпроводниковой катушки резистор. Одновременно с включением резистора в известном техническом решении подается сигнал от системы управления шунтируlo щим вентилем на полное открытие шунтирующего вентиля и от системы управления фазными вентилями на закрытие фазных вентилей. Это позволяет защитить преобразователь от возникающих в режиме аварии на концах сверхпроводникового соленоида перенапряжений. Однако с точки зрения защиты самого сверхпроводникового накопи1778756 теля этот метод защиты менее эффективен, чем вывод энергии на инверторный преобразователь при постоянном среднем значении встречного напряжения — противоЭДС инвертора, обеспечивающего максимальную скорость вывода энергии, В предлагаемом техническом решении требуемый режим вывода энергии может быть осуществлен путем оптимального сочетания интервалов шунтирования преобразоватегя (максимальный угол а на фиг. 3) и инвертирования (угол az), Указанный принцип работы и схема включения вентилей и обмоток позволяют шунтировать преобразователь в момент наивысших перенапряжений и с наибольшей безопас.ностью обеспечить создание требуемой противоЭДС в инверторном режиме при понижении значений бросков токов и напряжений на вентилях, Возможность повышения надежности работы накопителя в аварийных режимах тем более существенна, если учесть высокую (более 707) стоимость сверхпроводниковой катушки в общих затратах на весь обьект в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования активно-реактивной мощности в энергосистеме, содержащее сверхпроводниковый индуктивный накопитель с элементом аварийного вывода энергии, управляемый мостовой преобразователь, подключенный к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора, управляемый шунтирующий вентиль, системы управления фазными и шунтирующими вентилями, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователей с управляемым шунтирующим вен5 тилем, расширения областей независимого регулирования активной и реактивной мощностей при работе в сильноточном режиме и повышения надежности в аварийных режимах, устройство содержит дополнитель10 ный управляемый шунтирующий вентиль, включенный последовательно с первым шунтирующим вентилем, цепь из последовательно включенных управляемых шунтирующих вентилей включена параллельно

15 сверхпроводниковому накопителю, вентильная обмотка преобразовательного трансформатора включена по схеме "звезда" с нулевым проводом. причем нулевой вывод вентильной обмотки преобразова20 тельного трансформатора подключен к месту соединения двух последовательно соединенных управляемых шунтирующих вентилей.

2,Устройство по п.1, от л и чаю щее25 с я тем, что схема дополнительно содержит управляемый мостовой преобразователь, подключенный к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора, соединенной по схеме "звезда" с нулевым .30 проводом, причем управляемый преобразователь подключен параллельно сверхпроводниковому индуктивному накопителю с элементом аварийного вьieopa энергии, а нулевой вывод вентильной обмотки подклю35 чен к месту соединения двух управляемых шунтирующих вентилей.

1778756

Фиг.2

Рие. Ф.

Составитель Н.Лазарев

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор

Заказ 4194 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