Способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе
Использование: повышение точности и упрощение обеспечения уравновешивания режима и-электромагнитной совместимости нестационарных, нелинейных однофазных нагрузок с питающей сетью. Сущность изобретения: нестационарная нелинейная однофазная нагрузка подключается к сети через управляемый трансформатор с переменным коэффициентом трансформации. По измеренным действующим и мгновенным значениям сопротивлений каждой нагрузки определяется текущая величина переменного коэффициента трансформации , которая затем и регулируется в каждый момент времени пропорционально корню квадратному частного от деления действующего значения сопротивления каждой нагрузки на ее мгновенное значение . При этом нелинейная система, состоящая их однофазной нестационарной, нелинейной нагрузки и управляемого трансформатора с изменяющимися во времени коэффициентом трансформации представляет собой однофазную линейную нагрузку с постояным сопротивлением, в результате чего обеспечивается эффективность применения данного способа для комплесного повышения качества электроэнергии в многафазных системах. 1 ил. Ё VI 00 00 СП ел N3
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СО ЦИ АЛ ИСТИЧ Е СКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ 1 АТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент cccpl р8ИВВ3% ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р iÛÏÈ-1Å"- -"" .-" 1 "БИБРЧС1ЕКА (21) 4869237/07 (22) 27.09.90 (46) 15.01.93. Бюл. М 2 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) А.К.Шидловский, И.B.Мостовяк, В.А.Новский, M.À.Ñåëèâeðcòoa и И,M.Ôàðòцшок (56) Singer S, Modeiung and synthesic of harmonic — free Power convertion and var compensation systems. / IEEE Trans, Jnd. Electron, но! 34, N 2, рр 257-262, Мау, 1987. Сергеенков Б.Н., Горюнов М.А. "Высокочастотный бесконтактный регулятор напряжения трансформаторов" / Электричество, — 1984 г. М 5 — стр, 54 — 58. Шидловский А.К., Новский В.А„Каплычный Н,Н. Стабилизация параметров электрической энергии в распределительных сетях. Киев. Наукова думка, 1989, с. 251— 252, рис, 94-95. (54) СПОСОБ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМETPOB 3flEKTРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ B МНОГОФАЗНОЙ СИСТЕМЕ (57) Использованиг.: повышение точности и упрощение обеспечения уравновешивания Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) и повышения каче:тва электроэнергии в многофазовой системе с однофазными нестационарными и нелинейными нагрузками (электросварочные и нагревательные аппараты, электротехнологические установки. ультразвуковые излучатели, генераторы „„ Ы„„1788552 А1 режима и электромагнитной совместимости нестационарных, нелинейных однофазных нагрузок с питающеи сетью, Сущность изобретения: нестационарная нелинейная однофазная нагрузка подключается к сети через управляемый трансформатор с переменным коэффициентом трансформации. По измеренным действующим и мгновенным значениям сопротивлений каждой нагрузки определяется текущая величина переменного коэффициента трансформации, которая затем и регулируется в каждый момент времени пропорционально корню квадратному частного от деления действующего значения сопротивления каждой нагрузки на ее мгновенное значение. При этом нелинейная система, состоящая их однофазной нестационарной, нелинейной нагрузки и управляемого трансформатора с изменяющимися во времени коэффициентом трансформации представляет собой однофэзную линейную нагрузку с постояным сопротивлением, в результате чего обеспечивается эффективность применения данного способа для комплесного повышения качества электро- CO энергии в многафазных системах. 1 ил. СО ударной мощности, вентильные преобразователи, тяговые нагрузки и др.) Известны способы стабилизации параметров электроэнергии, основные на их коррекции с помощью высокочастотной коммутации обмоток управляемого трансформатора с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации, например, используемого для компенсации реактив1788552 20 fz (t) = n (t) iq (t), 30 35 (2) 40 т, е. 55 (3) ной мощности, преобразования переменного тока в постоянный при входном синусоидальном токе и др, Кроме того, при введении различных соотношений между интервалами включения большего или меньшего коэффициента трансформации в пределах полупериода линейных напряжений достигается прецизионная стабилизация напряжения сети при несимметрии нагрузки, Однако область применения этих 10 способов ограничена линейными нагрузками. Наиболее близким к описываемому является способ, основанный на подключении однофазного управляемого трансформатора между питающей сетью и нагрузкой, который позволяет осуществить компенсацию колебаний и отклонений напряжения нагрузки. Недостатками указанного способа являются ограниченные функциональные ограниченные функциональные возможности и применение его лишь для линейных нагрузок, что значительно снижает эффективности способа для обеспечения ЭМС потребителей электоэнергии, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, уравновешивание нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсация высших гармоник тока в многофазной системе. Использование изобретения позволит повысить качество электрической энергии, эффективность и надежность обеспечения ЭМС потребителей многофазной системы за счет расширения функциональных возможностей известного способа, принятого за прототип, а также уравновешивания нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока. Цель достигается тем, что описываемый способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе включает в себя совокупность новых действий:. измерение в каждый момент времени действующего Вн и мгновенного Рн (t) значений сопротивления нагрузки и регулирование величины коэффициента трансформации и (т) однофазного управляемого трансформатора и изменяющимися во времени коэффициентом трансформации пропорционально корню квадратному из частного от деления действующего значения Рн сопротивления нагрузки на его мгновенное значение Вн (t), Существенными признаками описываемого способа, отличающими его от прототи- . па, является вся приведенная выше совокупность действий, которая ранее в известных способах не использовалась. Сущность описываемого способа заключается в следующем, Допустим, что однофазная нестационарная, нелинейная нагрузка Вн (t) подключена через управляемый однофазный трансформатор с изменяющимися во времени коэффициентом трансформации n (t) к соответствующим фазам системы, Определим функциональное изменение n (t), когда система "однофазный управляемый трансформатор— нестационарная, нелинейная нагрузка" будет представлять линейное постоянное сопротивление Rp и тем самым не оказывать вредного влияния на питающую сеть, посколькуосуществляется компенсация в токе нестационарной, нелинейной нагрузки всех гармоник помимо основной, В результате обеспечивается полная ЭМС потребителей и уравновешенность режима многофазной системы. Известно, что идеальный однофазный трансформатор с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации n (t) определяется следующими соотношениями между токами i (t) и напряжениями и (t) на его входе и выходе а с другой стороны напряжение uz (t) на выходе идеального трансформатора После подстановки (2) в (1) получаем; Рн (t) п (т) it (t) = „ () u (t), 1 R Н (t) п2 (t) i 1 (t) -= u 1 (t) Очевидно, что для обеспечения Э МС потребителей и уравновешенности режима многофазной системы необходимо выполнить следующие условия; Rp ц (t) = u> (t), где Rp — постоянная величина, Следовательно, из выражения (3) имеем: йн (t) n (t) = Rp, Таким образом, коэффициент трансформации n (t) управляемого трансформатора 1788552 n(t)=ч Ка (4) вн(х1 Поскольку для идеального управляемого трансформатора справедливо, что n (t) 1, то Ro Вн (t), т. е, Ro = max (R í (t)), откуда следует, что величина Во является максимальным значением за период изменения несинусоидальной периодической функции R (t) или же действующим значением Вн периодической несинусоидальной величины Вн (t). Период изменения функции Вн (t) определяется неименьшим промежутком времени, в течение которого эта функция непрерывна, и по истечении которого наблюдается повторение мгновенных положительных значений нелинейного сопротивления Вн (t). Практически период изменения Вн (t) может определяться технологическим режимом работы нестационарной, нелинейной нагрузки (например, электротехнологических нагрузок: дуговой сталеплавильной печи, индукционной канальной печи, установки ЭШП и др,). Следовательно, для каждого управляемого однофазного трансформатора с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации п (t) справедливо п(с)=ъ % (5) ян (с 1 Таким образом, изменяя (регулируя) во времени величину коэффициента трансформации n (t) управляемого трансформатора в соответствии с выражением (5) при подключении на его вторичной стороне нестационарной, нелинейной нагрузки Вн (t) можно обеспечить полную ЭМС в нагрузочном узле и уравновешенность режима многофазной системы. На чертеже приведен пример выполнения схемы устройства, предназначенного для осуществления описываемого способа подключения однофазных нагрузок к многофазной системе. где введены следующие обозначения; 1 „. m — фазы электрической системы; 4 (11) — однофазная нестационарная, нелинейная нагрузка; 5 (12) — силовая схема управляемого трансформатора с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации; 6 (13) — двухобмоточный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с отводами; 7 (14) — комплект силовых ключей переменного тока; 8 (15) — блок измерения и преобразования мгновенного и действующего значений сопротивления нагрузки; 9 (16) — вычислительное устройство; 10 (17) — система управления силовыми ключами. Описываемый способ включает следующий порядок выполнения операций: измерение действующего Вн и мгновенного Вн (t) значений сопротивления нестационарной, нелинейной нагрузки; регулирование величины коэффициента трансформации однофазового управляемого трансформатора пропорционально корню квадратного из частного от деления действующего значения Вн сопротивления нагрузки на его мгновенно значение Вн (t), Устройство, реализующее описываемый способ и выполненное, например, по схеме, которая приведена на фигуре, подключено между соответствующими фазами 1 ... m электрической системы из силовой схемы 5 управляемого трансформатора, содержащей двухобмоточный (возможно и многообмоточный) трансформатор 6 и комплект 7 силовых ключей переменного тока, а также блока измерения и преобразования 8 сопротивлений Вн и Вн (t) нагрузки, вычислительного устройства 9 и системы управления 10 силовыми ключами. Регулирование величины коэффициента трансформации и (t) каждого из управляемых трансформаторов обеспечивается в данном случае за счет быстродействующего переключения отводов вторичной обмотки трансформатора 6 с помощью полностью управляемых ключей 7 (силовые и полевые транзисторы, запираемые тиристоры или однооперационные тиристоры с узлами искусственной коммутации) переменного тока, которое осуществляется с высокой частотой (десятки и сотни кГц), Текущее значение коэффициента трансформации n (t), определяемое в соответствии с выражением (5), вычисляется блоком 9 в зависимости от действующих и мгновенных значений сопротивления нагрузки 4, которые измеряются и преобразуются в удобную форму, например, в цифровую-блоком 8 с помощью соответствующих датчиков (например, токов и напряжений) и преобразователей сигналов (компараторов, АЦП и др,). Система управления 10 служит для формирования достаточно мощных сигналов управления силовыми ключами 7 переменного тока, Формула изобретения Способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, содержащей однофаэный управляемый трансформатор с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации, включенный между многофазной сетью и нагрузкой, заключающийся в том, что осуществляется коррекция параметров электроэнергии с помощью регулировки коэффициента трансформации 1788552 RH (Т) значения сопротивления нагрузки и регулируют формации и (Т) указанного трансформатора в соответствии с выражением 5 п{т)=ч яй Внгт 35 45 Составитель А, Шидловский Техред М.Моргентал Корректор А. Козориз Редактор Н. Пигина Заказ 75 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 упомянутого трансформатора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения фун кционал ьн ых возможностей, обеспечения симметрирования нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока, в каждый момент времени измеряют действующее Йн и мгновенное 1 1 l ! Я! 1 I 
