Способ компенсации неактивных составляющих мощности

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к компенсации неактивных составляющих мощности, и может быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими ток и напряжение нагрузками для повышения эффективности передачи и потребления электроэнергии. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют мгновенные значения напряжения питающей сети и тока потребителя. Вычисляют мгновенные значения компенсационного напряжения в соответствии с расчетной формулой и вводят в питающую сеть последовательно напряжение компенсации.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам компенсации неактивных составляющих мощности, и может быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими напряжение и ток нагрузками для повышения эффективности передачи и потребления электроэнергии.

Известен способ компенсации неактивных составляющих мощности, заключающийся в том, что в питающей сети, соединенной с потребителем и компенсатором, измеряют мгновенные значения напряжения питающей сети, соединенной с потребителем и компенсатором, измеряют мгновенные значения напряжения питающей сети и мгновенные значения тока потребителя и генерируют в питающую сеть напряжение компенсации (см. например Н. Fujita, Н. Akagi "A Practical Approach to Harmonic Compensation in Power Systems - Series Connection of Passive and Active Filters; IEEE Transaction on Industry Application, vol. 27, no.6 pp. 1020-1025, 1991).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности по А.С. СССР N 1624598 (опубл. Бюл. N4, 1991), в котором измеряют мгновенные значения питающего напряжения и тока потребителя и получают напряжение компенсации по выражению, приведенному в формуле изобретения.

Необходимость формирования сопряженных сигналов напряжения и тока путем разложения измеренных сигналов на гармонические составляющие с последующим сдвигом фаз гармоник на четверть периода собственных частот и суммированием сдвинутых копий препятствует получению высокого быстродействия компенсатора из-за большой трудоемкости, а следовательно, больших затрат времени на вычисление коэффициентов разложения измеренных сигналов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что путем измерения определяют мгновенные значения тока потребителя и мгновенные значения напряжения питающей сети, вычисляют интеграл частного от деления измеренных тока и напряжения за период тока питающей сети, умноженный на величину, обратную значению периода тока. После чего мгновенные значения тока питающей сети делят на полученную величину. Мгновенные значения напряжения компенсации получают, вычитая мгновенные значения напряжения питания из полученного результата. Определенное таким образом компенсационное напряжение вводят в питающую сеть последовательно с напряжением питающей сети.

В соответствии с интегральным неравенством Коши - Буняковского неактивные составляющие мощности будут равны нулю только в том случае, если между током и напряжением питающей сети соблюдается прямая пропорциональность где G - активная проводимость.

В случае, если между током и напряжением такая зависимость отсутствует, сетевое напряжение можно представить как декомпозицию двух ортогональных напряжений - активного u_a и пассивного u_p: u=u_a=u_p, где u_a=i/G, а G - активная проводимость.

Активная проводимость определяется методом ортогонализации Грама - Шмидта, в соответствии с которым если {a₁,a₂,...,a_n} - базис, то из него получают ортогональную {b₁,b₂,...,b_n}, где b₁=a₁ и
(a_k,b_i) и (b_i,b_i) - скалярные произведения соответствующих векторов.

Поставив в соответствие a₁ ---> u, a₂ ---> i, на основании (1) ортогональная напряжению и составляющая тока будет

или в интегральной форме

Числитель второго члена правой части (2) представляет собой активную мощность P, а знаменатель - квадрат действующего напряжения U². Таким образом, (2) можно представить как

В свою очередь, активная мощность, выделяемая в нагрузке, определяется как отношение квадрата действующего напряжения на активную составляющую ее сопротивления. Заменяя P в (3) на U²/R, где R=1/G - активная составляющая сопротивления нагрузки, получим
i_p(t)=i(t)-Gu(t) (4)
Представим (4) как

интегрируя левую и правую части (5) за период, получим

Второй член правой части (6) тождественно равен нулю, как интеграл за период от периодической функции, симметричной (поскольку i_p(t) ортогонально u(t)) относительно t, и, следовательно,

или

Подставляя пределы интегрирования, получим

Таким образом

а

Полученная таким образом величина неактивной составляющей напряжения нагрузки вводится в цепь источник - нагрузка так, что

В предлагаемом способе неактивная составляющая сетевого напряжения выражена в замкнутой форме в виде определенных интегралов от соответствующих токов и напряжений, чем достигается компактность вычислений и, следовательно, увеличивается быстродействие компенсатора, т.е. его способность быстро реагировать на резкие изменения характера нагрузки.

Способ может быть выполнен, например, следующим образом. Датчики тока и напряжения измеряют мгновенные значения тока потребителя и напряжения питающей сети соответственно. Измеренные сигналы поступают на вход вычислительного устройства, которое вычисляет мгновенные значения компенсационного напряжения в соответствии с формулой

и выдает сигнал, соответствующий вычисленным значениям на широтно-импульсный модулятор. Широтно-импульсный модулятор управляет работой инвертора напряжения, подключенного к питающей сети, и осуществляет генерирование в питающую сеть напряжения компенсации.

Формула изобретения

Способ компенсации неактивных составляющих мощности в питающей сети, соединенной с потребителем и компенсатором, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока потребителя и мгновенные значения напряжения питающей сети, и вводят в питающую сеть последовательно напряжение компенсации, отличающийся тем, что в соответствии с вычисленными значениями по формуле

где U_c - мгновенное значение напряжения компенсации;
i(t) - мгновенное значение тока потребителя;
U(t) - мгновенное значение напряжения питающей сети;
T - период тока питающей сети,
получают напряжение компенсации.