Система регулирования статического тиристорного компенсатора

 

Область использования: в системах электроснабжения быстроизменяющихся нагрузок. Сущность изобретения: система регулирования статического тиристорного компенсатора, содержащая систему пофазного регулирования, на первые входы которой включены выходы регулятора, а выходы подключены к управляющим выводам тиристорных блоков статического тиристорного компенсатора, снабжена шестью делителями напряжения, подключенными между выводами тиристорных блоков и землей, тремя устройствами сравнения, устройством опорного напряжения. Это позволяет осуществить принудительное зажигание тиристоров в момент появления опасных перенапряжений на выводах тиристорного блока, что приводит к уменьшению количества последовательных тиристоров в блоке и удешевляет его конструкцию. 5 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для использования в системах компенсации реактивной мощности быстроизменяющихся нагрузок.

Известны схемы, обеспечивающие принудительное включение тиристоров при повышении напряжения на его выводах [1, 2]. Однако эти схемы подключаются непосредственно к высокому потенциалу. В случае высоковольтных тиристорных блоков необходимо значительно усложнять его конструкцию, что приводит к снижению надежности. Кроме того, такая защита плохо работает в условиях быстронарастающих перенапряжений. Указанные факторы предопределили ее непригодность в схемах высоковольтных блоков статических тиристорных компенсаторов.

Наиболее близкой по технической сущности является система пофазного регулирования статического тиристорного компенсатора [3], содержащая систему пофазного управления, на входы которой включены выходы регулятора, а выходы подключены к управляющим выводам тиристорных блоков статического тиристорного компенсатора, и позволяющая осуществлять независимое регулирование тиристорных блоков по фазам.

Недостатком известной системы регулирования является невозможность принудительного зажигания тиристоров в случае появления на них недопустимых перенапряжений, вследствие чего приходится увеличивать количество тиристоров в плечах тиристорных блоков до уровня, определяемого коммутационными перенапряжениями на шинах присоединения статического тиристорного компенсатора. Это снижает надежность и экономичность тиристорных блоков.

Целью изобретения является повышение надежности работы тиристорных блоков статического тиристорного компенсатора.

Это достигается тем, что система регулирования статического тиристорного компенсатора, содержащая систему пофазного регулирования, на первые входы которой включены выходы регулятора, а выходы подключены к управляющим выводам тиристорных блоков статического тиристорного компенсатора, снабжена шестью делителями напряжения, подключенными между выводами тиристорных блоков и землей, тремя устройствами сравнения, устройством опорного напряжения, причем выходы делителей напряжения каждой фазы включены на первые два входа устройств сравнения, на третьи входы которых подключен выход устройства опорного напряжения, а выходы устройств сравнения включены на вторые входы системы пофазного управления.

На фиг. 1 показана принципиальная схема статического тиристорного компенсатора и системы регулирования; на фиг. 2 - структурная схема устройства сравнения; на фиг. 3 - зона и принцип действия устройства; на фиг. 4 - принцип координации напряжений, воздействующих на тиристорный блок; на фиг. 5 - фрагмент осциллограммы тока реактора тиристорно-реакторной группы при срабатывании устройства.

Статический тиристорный компенсатор содержит фильтрокомпенсирующую цепь 1, состоящую из конденсаторных батарей 2 и фильтровых реакторов 3, тиристорно-реакторную группу 4, соединенную в треугольник и состоящую из реакторов 5 и тиристорных блоков 6, систему 7 пофазного управления, регулятор 8, устройства 9 сравнения, делители 10 напряжения, устройство 11 опорного напряжения.

Тиристорно-реакторная группа и фильтрокомпенсирующая цепь подключены к шинам А, В, С сети переменного тока. На управляющие входы тиристорных блоков 6 включены выходы системы 7 пофазного управления, на первые входы которой включены выходы регулятора 8. На вторые входы системы 7 включены выходы устройств 9 сравнения, на первые два входа которых включены выходы делителей 10 напряжения каждой фазы соответственно, а на третьи входы - выход устройства 11 опорного напряжения.

Устройство сравнения 9 содержит защитные разрядники 12, согласующие сопротивления 13, подводящие кабели 14, формирователь напряжения на тиристорах 15, формирователи 16 и 17 модуля напряжения, элемент 18 сравнения, нуль-индикатор 19, исполнительный элемент 20. Выходы делителей напряжения 10 подключены через согласующие сопротивления 13 и кабели 14 на входы формирователя 15 напряжения, выход которого через формирователи 16 и 17 модуля напряжения включен на один из входов элемента 18 сравнения, на второй вход которого подключено устройство 11 опорного напряжения. Выход элемента сравнения 18 включен через нуль-индикатор 19 и исполнительный элемент 20 к системе 7 управления.

Устройство работает следующим образом. В зависимости от закона регулирования, задаваемого регулятором 8, изменяется угол регулирования тиристорного блока 6, что приводит к изменению тока реактора 5 каждой из фаз тиристорно-реакторной группы 4. При этом в нормальном режиме работы угол регулирования может принимать значения от 0 до 90^о. В зависимости от значения угла регулирования α изменяется и форма напряжения U_в, приложенного к тиристорным блокам 6 (см. фиг. 3).

Во время бестоковых пауз Δ t в фазах тиристорно-реакторной группы к тиристорам может прикладываться не только напряжение сети, но и волны коммутационных или атмосферных перенапряжений, амплитуды которых находятся на уровне пределов срабатывания разрядников, установленных на шинах присоединения статического компенсатора. Как показали исследования, из-за разбросов характеристик разрядников в тиристорном блоке приходится устанавливать последовательно количество тиристоров, рассчитанное на амплитуду примерно двойного напряжения сети.

В результате исследования влияния волн коммутационных (100 х 2 ˙10³мкс, U_м=2 о.е.) и атмосферных перенапряжений (1 х 40 мкс, U_м=2 о.е.) на закрытые тиристорные блоки установлено, что из-за наличия демпфирующих цепей и собственных емкостей скорость нарастания напряжения при этом на отдельных тиристорах в обоих случаях не превышает 50 В/мкс, амплитуда - 2 о.е. (расчеты проведены для тиристорных блоков 35 кВ). Это делает возможным использовать для защиты тиристоров от перенапряжений принудительное зажигание тиристоров на основе координации напряжений (на фиг. 4), где U_мр - максимальное рабочее напряжение; U_з - пороговое напряжение, задаваемое устройством опорного напряжения 11; U_т - напряжение, при котором подается импульс зажигания на тиристор; U_вт - напряжение включения тиристора; t₁ - время задержки срабатывания контура защиты (устройств 9 и 7); t_в - время включения тиристора. При расчетном значении скорости нарастания напряжения, полученном времени t₁ и существующих временах включения тиристоров t_в возможно уменьшить количество последовательных тиристоров до уровня, который определяется только коммутационным выбросом при нормальной работе тиристорного блока и неравномерностью распределения по отдельным тиристорам, учитывая некоторый запас.

Устройство сравнения 9 подключено к выводам тиристорного блока 6 через активно-емкостные детали напряжения 10 (фиг. 2). Постоянная времени делителей напряжения должна обеспечивать минимальное искажение измеряемого импульса, пропорциональное значение которого подается через согласующие сопротивления 13 и измерительные кабели 14 на вход формирователя 15 напряжения, который выполнен на тиристорном ключе.

В зависимости от полярности измеряемого импульса срабатывает один из формирователей 16 или 17 модуля напряжения, которые выполнены на основе операционных усилителей. В качестве элемента 18 сравнения использован серийный триггер. Исполнительный элемент 20 представляет собой компаратор с открытым коллекторным выходом.

Пример срабатывания устройства показан на фиг. 5, где U_н - импульсная волна перенапряжения, ( -α_ср ) - принудительный угол включения тиристорного блока. При таком включении максимальное значение амплитуды тока может достигать 2I_α=0 , если угол включения α =-90^о.

Использование системы регулирования, обеспечивающей защиту тиристоров статического тиристорного компенсатора от перенапряжений путем принудительного зажигания тиристоров, позволит снизить количество последовательных тиристоров в блоке примерно на 15-20%, что удешевит его конструкцию. Такая система регулирования может быть применена к любым серийным тиристорным блокам и не требует выполнения специальной их конструкции, она надежно работает при любых скоростях нарастания и мощностях импульсов перенапряжений.

Формула изобретения

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СТАТИЧЕСКОГО ТИРИСТОРНОГО КОМПЕНСАТОРА, содержащая систему пофазного управления, подключенную выходами к управляющим выводам тиристоров компенсатора, а входами - к выходам регулятора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, она снабжена шестью делителями напряжения, подключенными между силовыми выводами тиристорных блоков и выводами для подключения к земле, тремя устройствами сравнения и источником опорного напряжения, причем выходы делителей напряжения каждой фазы соединены с первым и вторым входами устройств сравнения, к третьим входам которых подключен источник опорного напряжения, выходы устройств сравнения подключены к вторым входам системы пофазного управления, при этом устройство сравнения выполнено в виде двух согласующих резисторов, первые выводы которых являются входами устройств сравнения, а вторые выводы соединены с входами формирователя напряжения на тиристорах, выход которого соединен с входами двух формирователей модуля напряжения, выходы которых подключены к первому входу элемента сравнения, второй вход которого является третьим входом устройства сравнения, выход элемента сравнения через нуль-индикатор соединен с исполнительным элементом, являющимся выходом устройства сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5