Способ регулирования реактивной мощности и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может применяться для работы в распределительных сетях промышленных предприятий для компенсации реактивной мощности нагрузок. Сущность изобретения: повышение быстродействия и расширение диапазона регулирования в источниках реактивной мощности обеспечиваются путем изменения величины напряжения на накопительном конденсаторе в управляемом преобразователе напряжения. Это достигается вычислением значения напряжения на конденсаторе, обеспечивающего необходимую величину реактивной мощности, и стабилизацией его за счет подзаряда и разряда накопительного конденсатора по независимым цепям. Реализация способа в источнике реактивной мощности путем введения управляемого выпрямителя и инвертора, ведомого сетью, соединенных с сетью через силовые трансформаторы, позволяет при увеличении напряжения уменьшать долю высших гармоник в кривой генерируемого тока. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может применяться для работы в распределительных сетях промышленных предприятий для компенсации реактивной мощности нагрузок.

Известен способ регулирования реактивной мощности в тиристорном компенсаторе реактивной мощности (ТКРМ) [1] заключающийся в организации широтно-импульсной модуляции напряжения для дробления процесса заряда-разряда накопительного конденсатора.

Известен ТКРМ, содержащий трехфазные мосты тиристоров с отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами и обратных диодов, накопительный конденсатор, соединенные между собой по шинам постоянного напряжения, по фазным выводам мосты соединены через коммутирующие реакторы [1] При этом за счет широтно-импульсной модуляции напряжения и увеличения частоты коммутации вентилей тиристорного моста происходит дробление процесса заряда-разряда накопительного конденсатора.

Однако известные способ и устройство позволяют получить приемлемое значение коэффициента несинусоидальности K_нс лишь в узком диапазоне регулирования реактивной мощности. При увеличении диапазона регулирования кривая тока имеет резко несинусоидальный характер, а коэффициент несинусоидальности составляет в лучшем случае 30-40% Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ регулирования реактивной мощности [2] основанный на изменении напряжения заряда накопительного конденсатора путем изменения длительности импульсов зарядного тока за счет изменения момента включения коммутирующего тиристора в регуляторе постоянного напряжения (РПН), включенном между накопительным конденсатором и выходом трехфазного выпрямителя.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является источник реактивной мощности (ИРМ) [2] содержащий управляемый преобразователь напряжения с входными реакторами и накопительный конденсатор в цепи постоянного тока преобразователя.

Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что в них обеспечивается оперативный заряд накопительного конденсатора, а для регулирования реактивной мощности в широком диапазоне необходимо еще и обеспечить его оперативный разряд. Один подзаряд накопительного конденсатора не обеспечивает высокого быстродействия регулирования реактивной мощности ИРМ, определяя его узкий диапазон. При этом может быть обеспечено непрерывное изменение реактивной мощности только опережающего характера.

Задачей изобретения является повышение быстродействия и расширение диапазона регулирования реактивной мощности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе регулирования реактивной мощности путем изменения величины напряжения на накопительном конденсаторе, включенном на выход управляемого преобразователя напряжения, вычисляют значение напряжения на нем, обеспечивающее необходимую величину реактивной мощности, и стабилизируют его напряжение на вычисляемом уровне, осуществляя подзаряд и разряд накопительного конденсатора по независимым цепям.

Поставленная задача достигается также тем, что источник реактивной мощности, содержащий управляемый преобразователь напряжения с входными реакторами и накопительный конденсатор в цепи постоянного тока преобразователя, согласно изобретению снабжен датчиками реактивной мощности и напряжения, вычислительным устройством для определения напряжения, исходя из обеспечения необходимой величины реактивной мощности, узлом сравнения, двумя силовыми трансформаторами, управляемым выпрямителем и ведомым инвертором с системой импульсно-фазового управления, соответствующие выводы постоянного напряжения выпрямителя и инвертора подключены параллельно накопительному конденсатору и датчику напряжения, выход датчика реактивной мощности образует вход вычислительного устройства, выход которого соединен с соответствующим входом узла сравнения, другой вход соединен с выходом датчика напряжения, а выход с входом системы импульсно-фазового управления, два управляющих выхода которой подключены к управляемому выпрямителю и инвертору, ведомому сетью, соединенных с сетью через силовые трансформаторы.

Именно использование управляемого выпрямителя и инвертора, ведомого сетью, осуществляющих соответственно оперативный заряд и разряд накопительного конденсатора с вычислением значения напряжения на нем, обеспечивает согласно способу стабилизацию напряжения на вычисляемом уровне, соответствующего необходимой величине реактивной мощности, и тем самым достижение цели изобретений. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

На чертеже показаны функциональная схема ИРМ, реализующая данный способ регулирования реактивной мощности, и устройство для его осуществления.

В качестве регулируемого параметра принята величина напряжения накопительного конденсатора 3. Управляемый преобразователь напряжения 1 с входными реакторами 2 путем воздействия на угол управления тиристоров обеспечивает заданную величину коэффициента несинусоидальности кривой тока. В качестве него может использоваться автономный инвертор напряжения (АИН) с обратным диодным мостом. Регулирование реактивной мощности осуществляется следующим образом.

С выхода датчика реактивной мощности 4 сигнал, пропорциональный величине потребляемой или генерируемой реактивной мощности, поступает в вычислительное устройство 6, где осуществляется вычисление необходимого значения величины напряжения накопительного конденсатора 3. Вычисленное значение сравнивается с сигналом на выходе датчика напряжения 5 , пропорционального текущему значению напряжения на конденсаторе 3 U_C. Сигнал рассогласования , формируемый узлом сравнения 7 поступает в систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 12, которая формирует необходимые сигналы управления выпрямителем 10 и ведомым инвертором 11, соединенных с сетью через силовые трансформаторы 8 и 9 соответственно, тем самым обеспечивая оперативный заряд и разряд накопительного конденсатора 3.

Использование независимых регулируемых контуров заряда и разряда накопительного конденсатора за счет введения соответственно управляемого выпрямителя и инвертора, ведомого сетью, повышает быстродействие и обеспечивает широкий диапазон регулирования реактивной мощности.

Увеличение быстродействия связано с тем, что максимальная задержка при регулировании напряжения на конденсаторе 3 не превышает 1/6 части периода напряжения сети как при его увеличении, так и уменьшении за счет использования соответственно выпрямителя 10 и ведомого инвертора 11.

ИРМ содержит управляемый преобразователь напряжения 1 с входными реакторами 2 и накопительный конденсатор 3, включенный на выход управляемого преобразователя напряжения 1, датчики реактивной мощности 4 и напряжения 5, вычислительное устройство 6 для определения напряжения, исходя из обеспечения необходимой величины реактивной мощности, узел сравнения 7, два трансформатора 8, 9, управляемый выпрямитель 10 и ведомый инвертор 11 с СИФУ 12. При этом соответствующие выводы постоянного напряжения выпрямителя 10 и инвертора 11 подключены параллельно накопительному конденсатору 3 и датчику напряжения 5, выход датчика реактивной мощности 4 образует вход вычислительного устройства 6, выход которого соединен с соответствующим входом узла сравнения 7, другой вход соединен с выходом датчика напряжения 5, а выход с входом СИФУ 12, два управляющих выхода которой подключены к управляемому выпрямителю 10 и инвертору 11, ведомому сетью, соединенных с сетью через силовые трансформаторы 8 и 9 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный величине потребляемой (генерируемой) реактивной мощности, с выхода датчика реактивной мощности 4 поступает в вычислительное устройство 6. В качестве последнего может использоваться микропроцессор с необходимой периферией или однокристальная ЭВМ. Значение , вычисляемое исходя из обеспечения необходимой величины реактивной мощности, сравнивается узлом сравнения 7 с сигналом , пропорциональным текущему значению напряжения на конденсаторе 3. После этого СИФУ 12 на основе сигнала рассогласования формирует необходимые сигналы управления соответственно управляемым выпрямителем 10 и ведомым инвертором 11.

Расширение диапазона регулирования, достигаемое за счет регулирования напряжения на накопительном конденсаторе, позволяет с увеличением напряжения уменьшить долю высших гармоник в кривой генерируемого тока.

Кривую напряжения на выходе инверторного моста 1 компенсатора можно представить где u⁽_k¹⁾(t) мгновенное значение напряжения первой гармоники; u⁽_k^s)(t) мгновенное значение напряжения s-й гармоники.

Переходя к комплексам, имеем.

Пусть относительное изменение U_K по сравнению с напряжением сети составляет d. Тогда ток первой гармоники, генерируемой в сеть, равен где напряжение сети; Z₁ сопротивление реакторов на входе преобразователя 1.

Ток s-й гармоники равен Окончательно имеет

Относительное содержание высших гармоник уменьшается в d раз. Режим d≥1 обеспечивается повышающими трансформаторами 8 и 9 соответственно.

Таким образом, ИРМ с новым способом регулирования повышает быстродействие и обеспечивает широкий диапазон регулирования реактивной мощности.

Формула изобретения

1. Способ регулирования реактивной мощности путем изменения величины напряжения на накопительном конденсаторе, включенном на выход управляемого преобразователя напряжения, отличающийся тем, что вычисляют значение напряжения на нем, обеспечивающее необходимую величину реактивной мощности и стабилизируют напряжение накопительного конденсатора на вычисляемом уровне, осуществляя подзаряд или разряд накопительного конденсатора по независимым цепям.

2. Источник реактивной мощности, содержащий управляемый преобразователь напряжения с входными реакторами и накопительный конденсатор в цепи постоянного тока преобразователя, отличающийся тем, что он снабжен датчиками реактивной мощности и напряжения, вычислительным устройством для определения напряжения, исходя из обеспечения необходимой величины реактивной мощности, узлом сравнения, двумя силовыми трансформаторами, управляемым выпрямителем и ведомым инвертором с системой импульсно-фазового управления, соответствующие выводы постоянного напряжения выпрямителя и инвертора подключены параллельно накопительному конденсатору и датчику напряжения, выход датчика реактивной мощности образует вход вычислительного устройства, выход которого соединен с соответствующим входом узла сравнения, другой вход соединен с выходом датчика напряжения, а выход с входом системы импульсно-фазового управления, два управляющих выхода которой подключены к управляющему выпрямителю и инвертору, ведомому сетью, соединенных с сетью через силовые трансформаторы.

РИСУНКИ

Рисунок 1