Способ регулирования установки продольной емкостной компенсации

 

Назначение: изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию и распределению электроэнергии , и может быть использовано в сетях, где требуется стабилизация напряжения при резкопеременной нагрузке, а также в сельскохозяйственных сетях. Сущность изобретения: фазное или линейные напряжения и токи раскладывают на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей путем определения углов между векторами тройки несимметричных составляющих напряжений и токов и нахождения проекций векторов на оси комплексной плоскости, определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжений на зажимах удаленных потребителей и при положительном знаке отклонения напряжения уменьшают емкостное сопротивление установки продольной компенсации в фазе с наибольшим отклонением напряжения, а при отрицательном знаке отклонения напряжения увеличивают емкостное сопротивление в фазе с наибольшим по модулю отклонением напряжения на зажимах удаленных потребителей с предварительным определением параметров нового режима работы сети. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 J 3/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801387/07 (22) 12,03,90 (46) 07,01,93. Бюл, hk 1 (71) Вологодский политехнический институт (72) А,И.Игнайкин и В.И.Коротаев (56) Авторское свидетельство СССР

hL 674149, кл. Н 02 J 3/12, 1975.

Авторское свидетельство СССР

М 706905, кл. Н 02 J 3/18, 1978.

Авторское свидетельство СССР

hL 1302375, кл, Н 02 J 3/18, 1987. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТАНОВКИ ПРОДОЛЬНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ (57) Назначение: изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию и распределению электроэнергии, и может быть использовано в сетях, где требуется стабилизация напряжения при резкопеременной нагрузке, а также в сельскохозяйственных сетях. Сущность изобретения: фазное или линейные напряИзобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию и распределению электроэнергии и может быть использовано в сетях, где требуется стабилизация напряжения при резкопеременной нагрузке, а также в сельскохозяйственных сетях.

Известно устройство для регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности, состоящее из последовательно включенных емкости и линейной индуктивности, шунтированных биполярными группами тиристоров. Данное устройство

„„5U„, 1786591 А1 жения и токи раскладывают на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовател ьностей путем определения углов между векторами тройки несимметричных составляющих напряжений и токов и нахождения проекций векторов на оси комплексной плоскости, определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжений на зажимах удаленных потребителей и при положительном знаке отклонения напряжения уменьшают емкостное сопротивление установки продольной компенсации в фазе с наибольшим отклонением напряжения, а при отрицательном знаке отклонения напряжения увеличивают емкостное сопротивление в фазе с наибольшим по модулю отклонением напряжения на зажимах удаленных потребителей с предварительным определением параметров нового режима работы сети.

7 ил. позволяет регулировать напряжение на трансформаторных подстанциях без устройств РПН, вместе с тем наличие индуктивного элемента в цепи питания снижает эффективность работы продольной компенсации.

Известна регулируемая установка продольной емкостной компенсации, содержащая секциони рован ную батарею конденсаторов, управляемую по параметру тока в линии, так называемое встречное регулирование. Установка позволяет повышать качество напряжения на зажимах

1786591 электропотребителей, удаленных от места включения установки продольной компенсации (УПК), однако в ней отсутствует возможность корректировать добавку напряжения УПК в зависимости or уровня входного напряжения и угла сдвига между векторами напряжения и тока в линии, что снижает, эффективность встречного регулирования м: в конечном счете отрицательно ска3ывается на качестве напряжения на зажимах"потреоитЕлей. ф, мЛ ., з

Известна также регулируемая установка продольной емкостной компенсации, содержащая секционированную конденсаторную батарею (КБ), управляемую по параметру отклонения напряжения на входе установки, отклонения тока и угла сдвига фаз между током и напряжением. Данное устройство по своей технической сущности ближе всех к предлагаемому и принято за прототип, Установка позволяет повышать качество напряжения на зажимах электроприемников за счет коррекции входного напряжения и угла сдвига фаз между напряжением и током в линии. Однако в ней отсутствует возможность корректировать напряжение в зависимости от величин и угла сдвига между фазными напряжениями, что в условиях несимметричной нагрузки отрицательно сказывается на качестве напряжения на зажимах у потребителей.

Цель изобретения — симметрирование напряжения на зажимах удаленных потребителей и снижение потерь мощности зэ счет исключения протекания токов обратной и нулевой последовательности в элементах сети, Поставленная цель достигается тем, что фазные или линейные напряжения и токи в сети раскладывают на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности путем определения углов между векторами тройки несимметричных составляющих напряжений и токов и нахождения проекции векторов на оси комплексной плоскости, определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжений на зажимах удаленных потребителей и при положительном знаке отклонения напряжения уменьшают емкостное сопротивление установки продольной компенсации в фазе с наибольшим отклонением, а при отрицательном знаке отклонения напряжения увеличивают емкостное сопротивление в фазе с наибольшим по модулю отклонением напряжения на зажимах удаленных потребителей с предварительным определением параметров нового режима работы сети, Изобретение поясняется фиг. 1 — 6, I, Сети с глухозаземленной нейтралью, С датчиков напряжений снимают значения фазных и линейных напряжений, которые векторно находятся во взаимоотношении, показанном на фиг. 1.

Векторы напряжений Од, Ов, Ос в общем случае образуют несимметричную

10 тройку векторов, которая может быть разложена на три симметричных составляющих: прямой, обратной и нулевой последовательности (фиг. 2, 3, 4).

Вектор UA совмещают с положительным направлением действительной оси комплексной плоскости. По трем скалярным величинам UA, UB, Uc, используя теорему

20 косинусов, определяют угол между векторами UA u UB (pAB)

pAB=arccos(2 О .0 ) (1. )

03+06- йв

2 Од ° Ов

Аналогичным образом находим угол между векторами UA u Uc

pAc = агссоз(2 0 0 ). (1,2)

Я+ О1 01, 2 Од Ос

Угол между векторами Ов и Ос можно определить из выражения

pBc = 360 -pAB -pAc. (1.3)

Используя полученные данные, можно определить проекции векторов UA, UB, Uc на комплексную плоскость

45 R1= ReUA = Од

М = IMUA= ф

Вг = R

50 Мг = IMUB =-Ов з!п(180-рдв) (1.4)

Вз= R

Мз = IMUc = Uc .з!п(180-pAc)

Длину отрезка ВС находят из выражения (B С I = (XB — Xc)г+(YB — Yc)г (15) 1786591 где

Ув= 1м0в = Мг, Yc= INDUC=Ìç.

Значения прямой, обратной и нулевой

5 симметричных составляющих определяют из выражений

Ui = — (Ua+ à Ua + aUc)

3

Ог= — (Од+ аОв+ а Ос)

3 (1.6)

3 (UA+ U + ОС)

1 3 15 где а = -0,5 - J -2- — оператор поворота вектора на 120 ; а = -0,5 + j -2 — оператор поворота

3 вектора на 240 . 20

Подставляя значения а и а в выражения 1,6 и используя (1.4 )случают

U1 =3 (R1+ (-0,5 +! )(Яг +

1 3

+ jM2)+ (-0,5- j - г-)(Яз+)Мз))

3 25

Ог = — 3(R1+(-0,5+j -2-)(Яз+ ((1,7)

1 . 3

+ J Мз) + (-0,5 — j -2-) (R2+ jM2)) 3

U o = — 3 (Я1 + (R2 + ) Мг) + (ЯЗ + / МЗ))

Раскрыв скобки и выделив отдельно действительные и мнимые составляющие векторов, получают 35

R7 = ReU1 = — 3 (R1 — 0,5Я2—

l Ui l = R1+M3

I и2I = в1+м1

l и. I =42 м (1.9;

Коэффициенты обратной и нулевой последовательности определяют по выражениям

K2U О 100%,! Ог I . (1.10) Ки О 100 %, I Uo l а отклонение напряжения 3 3 — - у- Мг - 0,5Яз + - г-Мз) М7 =1мО1 = 3 (-0,5М2+

40 UA:

R2 — действительная часть вектора на 3 3

+ -у- Яг — 0,5МЗ - -2- Яз) 1

R8= ReU2 = 3 (R1 0,5R2— (1.8)

Ов:

Яз — действительная часть вектора наи ряжен ия Uo, 50

Мз — мнимая часть вектора напряжения

Uc; — 0,5Мз - — г- Яз) 3

Ro = ReUo = — (R1 + R2 + ЯЗ)

3

Мо = 1мОо = — (М2+ Мз)

XB = ReUB = R2, XC = ReUC = ЯЗ, 3 3 — -2- М2 — 0,5 Яз — -2- Мз) 1 3

Мв = 1м Ог = — (-0,5М2 - —.„R2

Далее определяют модуль векторов прямой, обратной и нулевой последовательности д U — " .100 ф (1.11) где UH — номинальное фазное напряжение.

Принятые сокращения:

U1 — напряжение UA;

О2 — напряжение UB;

Оз — напряжение Uc;

О4 — напряжение Одв;

Оь — напряжение Овс;

Ов — напряжение UAc;

R1 — действительная часть вектора напряжения UA;

V1 — мнимая часть вектора напряжения пряжения Ов, Мг — мнимая часть вектора напряжения

U7 — модуль вектора напряжения прямой последовательности О1;

R7 — действительная часть вектора напряжения прямой последовательности U1;

М7 — мнимая часть вектора напряжения прямой последовательности U1;

1786591 4 = RCUAB = UAB

M4= IvUAe= ф

R5 = ReUBc = -UBccos а1

М5 = 1м0вс = Uecsin a1

R6 = ReUcA = -UcAcos Q2 (2.4) Т1 — угол (pAe):

W1= ReU1 = (R4 - 0,5К6 (2.7) p4 =pAB — вс = 180 - а1

55 р5=рдв - сд = 180 -аг

p6= рвс-сд=а1+аг (2.3) Uo — модуль вектора напряжения обратной последовательности U2;

R6 — действительная часть вектора напряжения обратной последовательности

Ог;

Мб — мнимая часть вектора напряжения обратной последовательности V2;

Uî — модуль вектора напряжения нулевой последовательности Uo, Rp — действительная часть вектора напряжения нулевой последовательности Uo, Мо — мнимая часть вектора напряжения нулевой последовательности Up, между векторами UA u Ua

20 тг — угол между векторами Ua u Uc (pec):

Тз — угол между векторами UA u Uc 25 (PAc);

А5 — расчетное значение модуля вектора

ВС;

K2u — коэффициент обратной последовательности напряжения; 30

Kpu — коэффициент нулевой последовательности напряжения;

II. Сети с изолированной нейтралью

В сетях с изолированной нейтралью определяют три линейных напряжения UAB, 35

Uec, UcA, векторы которых образуют замкнутый треугольник (фиг, 5). При разложении на симметричные составляющие с положительным направлением действительной оси комплексной плоскости совмещают вектор 40

UAe (фиг. 6). Переносят в начало координат векторы Uec и Осд (показаны пунктиром), По трем скалярным величинам UAa, Овс, Осд определяют значения углов а1 и аг (—.р — — ). (. )

Одв + Овс — Осд аг = arccos(в + -д с) (2 2) 50

2 Одв Осд

Углы между векторами линейных напряжений определяют

Проекции векторов линейных напряжений на комплексную плоскость составят

Мб = IgUCA = -Осдв п аг р

Значения прямой, обратной и нулевой последовательностей симметричных составляющих тройки линейных напряжений находят из выражений

U1= — (Одв+ à UcA+ аОвс) г

Ог = — (Одв+ aUCA+ а Овс) (2.5)

3

Оо = (Одв+UcA+ Uec)

Подставляя значения а и а и используя выражения (2.4), получают.

U1= (R4+ (-0,5+ j — у-)(Яб+

1 3 3

+ )Мб) + (-0,5- J - -)(В5+)М5)

U2 = 3(В4+ (-0,5 — j -2-)(йб+

1 3

+ jM6) + (-0,5+ ) -2-)(Я5+ )М5) (2.6) /3

О о = — f R4 + (R6 + j M 6) +

+ (5+ )М5)1

Выделяют отдельно действительную и мнимую составляющие векторов U1, U2, Up

1/3 3 — -р-Мб - 0,5К5+ г) М5)/3 3

М1 = IMU1 = (-0,5М6+ — 2-Вб 3 — 0,5М5 - R5)/3

W2= Ве02 = (R4 — 0,5R6+

+ -2-М6-0,5 R5 у. М5)/3

1/3 /3 3 2 = lyU2 = (-0,5M6 2 6 3 — 0,5М5 + R5)/3

Wp = ReUp = (R4 + R6 + R5)/3

No = IMUo = (M6+ M5)/3

1786591

1 нулевой последовательности Оо;

Vo — модуль вектора напряжения нуле1 вой последовательности Uo, дΠ— отклонение напряжения втрехфазной сети;

К2и — коэффициент обратной последовательности напряжения;

l(ou — коэффициент нулевой последовательности напряжения.

Аналогичным образом раскладываются на три симметричные составляющие и несимметричная тройка токов, протекающих в

25 линии, при этом дополнительно учитываются углы сдвига между напряжением и током соответствующей фазы р. жений Одв и Осд;

И = — (la + à le + a IC)

3 2 = — ((д + а(В + а (с)

3

lo = — (la+ lв+ lc)

30 (1.12) UcA в несимметричной тройке линейных напряжений;

Тв =. рв — аналогичный угол между век35 нейного напряжения UAB;

М4 — мнимая часть вектора линейного 40

U>n = U< - l> . с5

U2n = 02 (2

Uon = Uo - (о . 2о напряжения Одв; (1 13) /

55 д Un 100;, (1.14)

U ном

Модули векторов прямой, обратной и нулевой последовательности определяют

1 U i I = ИЯ + и!(= V> ((, (ч и+ г

Коэффициенты обратной и нулевой последовательностей напряжений, а также отклонение напряжения определяют по выражениям, приведенным выше (1.10 и

1.11), Принятые сокращения:

U4 — напряжение Одв;

Ug — напряжение Uec;

Ов — напряжение UcA;

L> = a> — угол между векторами напряжений Одв и Овс;

L2 = а2 — угол между векторами напряТ4 = р4 — угол между векторами Одв и

Овс в несимметричной тройке линейных напряжений;

Т5 =рз — угол между векторами Одв и торами Uec и UcA;

R4 — действительная часть вектора лиRg — действительная часть вектора Овс;

M5 — мнимая часть вектора Uec;

Ra — действительная часть вектора UcA;

Мв — мнимая часть вектора UcA, W< — действительная часть вектора напряжения прямой последовательности 0<, N< — мнимая ча,ть вектора напряжения прямой последовательности 01;

V1 — модуль вектора напряжения прямой последовательности 0<, N2 — мнимая часть вектора напряжения обратной последовательности U2;

Р/2 — действительная часть вектора напряжений обратной последовательности

02

Ч2 — модуль вектора напряжения обратной последовательности U2;

М4 — действительная часть вектора напряжения нулевой последовательности U

No — мнимая часть вектора напряжения

Симметричные составляющие напряжения на зажимах удаленного потребителя определяют по выражениям

ГдЕ Z>, Z2, Zo — СООтВЕтСтВЕННО СОПрОтИВЛЕния прямой, обратной и нулевой последовательности участка цепи питания от места установки УПК до удаленного потребителя, Отклонения напряжения в каждой фазе составят: где i — А, В, С вЂ” фазы сети.

1786591

5

UA= UA JlA ЛХкд

Коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжения удаленных

ПОтРЕбИтЕЛЕй К2до И КоЦо ОПРЕДЕЛЯЮТ ПО известным выражениям (1.10), Для уменьшения коэффициентов обратной и нулевой последовательности напряжЕНИй K2Un И KoUn НЕОбХОДИМО ИЗМЕНИТЬ емкостные сопротивления отдельных фаз

УПК, при этом, если отклонение напряжения в трехфазной сети, определяемое из выражения дц (3) 1П ном . 1 pp0 (1 1 5) !

-!ном больше нуля, то следует уменьшить сопротивление в той фазе сети, в котозоой OUi наибольшее, и наоборот при д0п(< 0— увеличить емкостное сопротивление УПК в той фазе, где д0 наибольшее по амплитуде с отрицательным знаком. Возможно и одновременное переключение Хк! в двух фазах

УП К вЂ” в одной фазе Хю уменьшают, в другой увеличивают (это в тех случаях, когда д0п бЛИЗКО К НУЛЮ, а K2Un И KoUn ВЫХОдят За требуемый диапазон).

При дискретном регулировании емкостного сопротивления УПК перед переключением необходимо выполнить проверочный расчет, для исключения такой ситуации, когда после минимального изменения Хк в одНай ИЗ фаэ СЕТИ КОЭффИцИЕНтЫ К2Оп И Коип возрастут. Проверка осуществляется следующим образом. После изменения емкостного сопротивления в любой из фаз сети, например в фазе А на величину ЛХкд, напряжение на выходных зажимах УПК составит

Ue =Ue (1,16)

Uc =Uc

Далее аналогичным образом, в соответствии с выражениями (1,12 и 1.13) определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности у удаленных потребителей.

Таким образом, реализуя емкостное сопротивление УПК по предлагаемому способу, можно одновременно улучшить два важных показателя качества электроэнергии: уменьшить отклонение напряжения и понизить коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжения на зажимах удаленных потребителей.

На заключительном этапе проверки ol1ределяют потери мощности на участке сети от УПК до потребителя:

ЬР.= Г1 + 2 2 + 4 Го

AG = !1 X1+ !2 Х2+ !о Хо

Проверочный расчет может производиться и при возможности изменения емкостного сопротивления в других фазах УПК, В результате, для преключения Хк! выбираЮт таКОй РЕЖИМ, ПРИ КатОРОМ DUin, Кгип, Коип на зажимах потребителя не выходят за границы, требуемые ГОСТ 13109 — 87, а потери мощности на участке сети от УПК до потребителя будут минимальны.

С изменением любого из параметров режима (0А, UB, Uc, !А,!в, !с) вновь осуществляется пофазная коррекция сопротивления УПК.

На фиг, 7 представлена схема установки, реализующая способ.

Установка продольной компенсации состоит из секционированной КБ 1, трансформатора тока 2, блока коммутации секций КБ

3, трансформаторов напряжения 4, входного устройства тока 5, входного устройства фазного напряжения 6, входного устройства линейного напряжения 7, преобразователя напряжение-частота 8, селектора частоты 9, формирователя образцовых промежутков времени 10, счетчика временных интервалов 11, буферного регистра 12, формирователя исходного состояния 13, мультиплексора каналов 14, вычислительного устройства 15.

Установка работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные току в линии и напряжению на входе УПК, снимаются с трансформаторов тока 2 и напряжения 4 и поступают на соответствующие входные устройства 5, 6, 7. Входные устройства 6 и 7 представляют собой делители напряжения, а 5 — шунт для приведения входного сигнала к рабочему уровню преобразователя напряжение-частота 8. С выхода блока 8 частота, пропорциональная входному сигналу, поступает на селектор частоты 9, который за строго определенные промежутки времени, сформированные формирователем образцовых промежутков времени 10, выдает эту частоту на счетчик временных интервалов

11. С выхода счетчика 11 значение частоты в двоичном коде поступает в буферный регистр 12. Этот регистр необходим для того, чтобы согласовать по времени информацию с выхода счетчика с поступлением этой информации на вход вычислительного устройства 15. Так как вычислительное устройство имеет ограниченное количество входов, то информация из буферного регистра считывается через мультиплексор каналов 14, Вы13

1786591

VBi

9иг.r. Риг.2.

4 иг.3. числительное устройство 15 представляет собой микроконтроллер в однокристальном исполнении, или может быть выполнено на отдельных элементах. Алгоритм расчета отклонения напряжения и коэффициентов обратной и нулевой последовательности, а также выбора емкостного сопротивления

УПК в виде программы записан в постоянное запоминающее устройство.

Таким образом, интервал измерения, который задается формирователем образцовых промежутков времени 10, разбит на два участка — опрос сигналов с датчиков и вычисление результата измерения. После вычисления результатов выдается управляющий сигнал на блок коммутации секций КБ

3, Система измерения и вычисления приводится в исходное состояние формирователем исходного состояния 13, после чего цикл повторяется.

Применение способа позволяет методически более точно производить регулирование напряжения и гибко использовать современную элементную базу. Все блоки устройства выполнены на стандартной элементной базе и могут быть реализованы, например, на микросхемах серий К 155 и К

1816.

Формула изобретения

Способ регулирования установки продольной емкостной компенсации, при котором измеряют фазные и линейные

5 напряжения и токи в сети, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью симметрирования напряжения на зажимах удаленных потребителей и снижения потерь мощности в элементах сети, фазные и линейные

10 напряжения и токи раскладывают на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности путем определения углов между векторами тройки несимметричных составляющих напряже15 ний и токов и нахождения проекции векторов на оси комплексной плоскости, определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжений на зажимах

20 удаленных потребителей и при положительном знаке отклонения напряжения уменьшают емкостное сопротивление установки продольной компенсации в фазе с наибольшим отклонением напряжения, а при отри25 цательном знаке отклонения напряжения увеличивают емкостное сопротивление в фазе с наибольшим по модулю отклонением напряжения на зажимах удаленных потребителей с предварительным определением

30 параметров нового режима работы сети.

1786591 РИ2 . 5.

Хл Риа .v.

Составитель А,Игнайкин

Редактор Т,Федотов Техред M.Moðãåíòàë К РРе оР О.Кравцова

Заказ 253 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