Устройство для регулирования и стабилизации напряжения трансформаторной подстанции

 

Предлагается устройство для регулирования и стабилизации трехфазного напряжения на стороне высокого напряжения главного трансформатора подстанции. Устройство содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор(ВТ), первичные обмотки которого включены в цепь первичных обмоток главного трансформатора (ГТ), а вторичные фазные обмотки ВТ через три однофазных мостовых коммутатора на полностью управляемых ключах подключены к соответствующим фазам вторичной обмотки ГТ и нагрузки. Устройство обеспечивает плавное шестизонное регулирование трехфазного напряжения без искажения фазы первой гармоники. Формирование добавочного напряжения производится с шестикратной частотой сети при коммутации каждого ключа с частотой сети. Устройство отличает повышенное быстродействие, улучшенные энергетические и массогабаритные показатели при сравнительно простой конструкции. Кроме того, оно имеет высокую точность регулирования трехфазного напряжения как в стационарных, так и в переходных режимах, что является техническим результатом. 4 ил.

Изобретение относится к энергетической электронике и может быть использовано в комплектных трансформаторных подстанциях для повышения качества и эффективности использования электрической энергии.

Известно устройство для регулирования и(или) стабилизации напряжения трансформаторной подстанции по а.с. СССР N 640281, кл. G 05 F 1/22, 1979.

В состав устройства входит главный трансформатор подстанции с первичной обмоткой, соединенной по схеме Y и подключенной к сети и вторичной обмоткой, соединенной по схеме Y_н и подключенной к нагрузке через вольтодобавочный агрегат. В цепь возбуждения вольтодобавочного агрегата включены четыре трехфазных тиристорных ключа и один трехфазный магнитный ключ.

Недостатками известного устройства являются сложность и низкое качество регулирования напряжения вследствие наличия нескольких разнотипных регуляторов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для регулирования и(или) стабилизации напряжения трансформаторной подстанции по а.с. СССР N 650056, кл. G 05 F 1/22, H 02 P 13/14, 1979.

Устройство для регулирования и(или) стабилизации напряжения трансформаторной подстанции, в состав которой входит главный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду без нулевого провода, и вторичной обмоткой, соединенной в звезду с нулевым проводом, содержит вольтодобавочный трансформатор, тиристорный коммутатор из пяти ключей с синхронизированным с сетью блоком управления. Вторичная секционированная обмотка вольтодобавочного трансформатора через трехфазные группы тиристорных ключей подключена к началам или концам его первичной обмотки, которая включена между нагрузкой и вторичной обмоткой главного трансформатора, а первичная обмотка главного трансформатора подключена к сети.

Устройство-прототип обеспечивает пять уровней выходного напряжения с дискретным регулированием посредством пяти трехфазных групп тиристорных ключей.

Недостатками прототипа являются ограниченное число уровней регулируемого напряжения при большом количестве трехфазных групп тиристорных ключей и отсутствие плавности при переходе от одного уровня к другому, что обуславливает сложность устройства и низкое качество регулирования напряжения (низкая точность и быстродействие) как в стационарных, так и переходных режимах.

Задача изобретения - упрощение конструкции устройства и улучшение качества регулирования и стабилизации напряжения.

Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в улучшении регулировочных свойств, динамических и массогабаритных показателей Требуемый технический результат достигается тем, что при помощи четырех трехфазных групп тиристорных ключей без сдвига первой гармоники формируются семь уровней выходного напряжения с плавными переходами от уровня к уровню в шести зонах (поддиапазонах) регулирования с шестикратным повышением частоты модулированной вольтодобавки по отношению к частоте переключения ключей, при этом выходные выводы устройства пофазно подключены к первичной обмотке главного трансформатора, общие точки, образованные третьей и четвертой группами ключей, объединены и подключены к нулевому проводу дополнительного трехфазного источника или нагрузки, в группах применены полностью управляемые ключи с двухсторонней проводимостью, блок управления выполнен с возможностью пофазного регулирования углов включения и выключения полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, а управляющий вход блока управления подключен к выходу вновь введенного датчика отклонения фазных напряжений на нагрузке от заданного уровня.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами. На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства, на фиг. 2 - 4 показаны временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства с возможностью непрерывного широтно-импульсного регулирования в шести характерных поддиапазонах при частоте коммутации ключей, равной частоте сети.

Устройство (фиг. 1) содержит четыре трехфазные группы полностью управляемых тиристорных ключей с двухсторонней проводимостью.

Первая группа включает в себя ключи 1, 2, 3, вторая 4, 5, 6, третья 7, 8, 9, и четвертая 10, 11, 12. Блок управления 13 ключами 1 - 12 синхронизирован с сетью и через датчик 14 отклонения фазных напряжений на нагрузке подключен к вторичной обмотке главного трансформатора 15, первичная обмотка которого через первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора 16 подключена к сети 17, в то время как вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора через четыре группы ключей подключена к нагрузке 18 или дополнительному трехфазному источнику 19.

На чертежах (фиг. 1 - 4) фазы сети обозначены A, B, C, фазы дополнительного источника трехфазного напряжения - A₁, B₁, C₁, фазы нагрузки - A_н, B_н, C_н.

Диаграммы (фиг. 2 - 4) иллюстрируют формы добавочного напряжения, приведенного напряжения на нагрузке для фазы A сети и алгоритм переключения ключей 1 - 12 в трех зонах регулирования напряжения вольтодобавки при изменении угла управления α ключами от 0 до 90^o и в трех зонах регулирования напряжения вольтовычета при изменении угла управления α от 90 до 180^o.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

При углах управления α, равных 0, 30, 60, 90, 120, 150 и 180^o, устройство формирует на нагрузке семь уровней напряжения против пяти в прототипе. При плавном изменении угла управления α внутри каждого 30-градусного интервала происходит плавный переход с одного уровня на другой. Эта дополнительная функция заявляемого устройства отсутствует в прототипе, чем и вызваны его недостатки.

При снижении напряжения в сети 17 происходит уменьшение напряжения на нагрузке 18, вызывая тем самым увеличение значения сигнала обратной связи, снимаемого с датчика 14 отклонения напряжения на нагрузке, и соответствующее уменьшение угла управления α посредством блока управления 13 ключами 1 - 12, создавая необходимую вольтодобавку напряжения на нагрузке 18.

В случае повышения напряжения в сети 17 устройство работает аналогичным образом, с той лишь разницей, что действие блока управления 13 направлено на увеличение угла управления α ключами 1 - 12 с целью достижения требуемого вольтовычета.

Аналогичным образом устройство отрабатывает функцию стабилизации напряжения и при других возмущающих воздействиях (при изменении величины и характера нагрузки и т.п.).

Устройство может быть применено для объектов, расположенных вблизи энергетических источников. В этом случае группы ключей 1 - 12 целесообразно подключать к нагрузке 18 (на фиг. 1 это подключение показано пунктирными линиями). Оно может быть также применено в конце протяженных ЛЭП для удаленных от энергетических центров объектов, имеющих интервалы дефицита электроэнергии в суточных и сезонных графиках нагрузки. В последнем случае группы ключей 1 - 12 целесообразно подключать к дополнительному трехфазному источнику 19 с зажимами A₁, B₁, C₁, в качестве которого могут быть использованы традиционные и нетрадиционные маломощные автономные электростанции.

Формула изобретения

Устройство для регулирования и стабилизации напряжения трансформаторной подстанции, в состав которой входит главный трансформатор первичной обмоткой, соединенной в звезду без нулевого провода, и вторичной обмоткой, соединенной в звезду с нулевым проводом и подключенной к нагрузке, содержащее группы ключей с синхронизированным с сетью блоком управления и вольтодобавочный трансформатор с первичной обмоткой, пофазно подключенной между входными и выходными выводами устройства, и вторичной обмоткой, начала и концы которой через ключи первой и второй групп связаны с соответствующими фазами дополнительного трехфазного источника или фазами нагрузки, а через ключи третьей и четвертой групп соединены в соответствующие общие точки, причем входные выводы устройства подключены к сети, отличающееся тем, что выходные выводы устройства пофазно подключены к первичной обмотке главного трансформатора, вышеупомянутые общие точки объединены и подключены к нулевому проводу дополнительного трехфазного источника или нагрузки, в группах применены полностью управляемые ключи с двухсторонней проводимостью, блок управления выполнен с возможностью пофазного регулирования углов включения и выключения полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, а управляющий вход блока управления подключен к выходу вновь введенного датчика отклонения фазных напряжений на нагрузке от заданного уровня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4