Способ управления стабилизатором трехфазного напряжения с амплитудно-фазовым управлением

 

Изобретение предназначено для стабилизации трехфазного напряжения на входе или выходе главного трансформатора подстанции. Технический результат заключается в уменьшении установленной мощности вольтодобавочного трансформатора и улучшении формы выходного напряжения. Способ заключается в том, что напряжение вольтодобавки, формируемое рекуперативным выпрямителем, инвертором напряжения и вольтодобавочным трансформатором регулируется по двум координатам - амплитуде и фазе. Регулирование амплитуды производится в функции отклонения напряжения сети, а регулирование фазы - в функции отклонения напряжения нагрузки. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для стабилизации напряжения в системах электроснабжения.

Использование: способ предназначается для стабилизации трехфазного напряжения на входе или выходе главного трансформатора подстанции и позволяет улучшить форму напряжения нагрузки, снизить материалоемкость вольтодобавочного трансформатора и при включении стабилизатора на входе подстанции - повысить коэффициент мощности и КПД главного трансформатора.

Сущность изобретения: отличительной особенностью способа является то, что напряжение вольтодобавки, формируемое рекуперативным выпрямителем, инвертором напряжения и трехфазным вольтодобавочным трансформатором, регулируется по амплитуде и по фазе. Регулирование по амплитуде производится в функции отклонения напряжения в сети, регулирование по фазе - в функции отклонения напряжения нагрузки.

Известен способ управления стабилизатором синусоидального напряжения по патенту N 1636833, 1993 г. Способ может быть реализован как на низкой, так и на высокой стороне главного трансформатора подстанции при помощи трехфазного вольтодобавочного трансформатора и преобразователя фазы со звеном постоянного напряжения на базе рекуперативного выпрямителя и инвертора напряжения. Трехфазный вольтодобавочный трансформатор уменьшает регулируемое по фазе напряжение на выходе инвертора и, прибавляя его к напряжению на первичной или вторичной обмотке главного трансформатора, формирует на нагрузке напряжение заданной величины с опережающим сдвигом первой гармоники. В режиме вольтодобавления энергия через главный трансформатор и рекуперативный выпрямитель направлена из сети в звено постоянного напряжения, а в режиме вольтовычетания, наоборот, - из звена постоянного напряжения в сеть.

К недостаткам способа следует отнести ухудшение формы кривой выходного напряжения при регулировании напряжения инвертора только по фазе, а также увеличение габаритной мощности трехфазного вольтодобавочного трансформатора вследствие возникновения одностороннего подмагничивания магнитопровода при быстром регулировании фазы вольтодобавки с большим амплитудным значением.

Задачей изобретения является улучшение синусоидальности выходного напряжения стабилизатора и снижение его материалоемкости.

В результате решения поставленной задачи достигается следующий технический эффект. Среднестатистическиий коэффициент гармоник выходного напряжения при 15%-ном отклонении входного напряжения снижается до 4% против 7% в прототипе. Вес трехфазного вольтодобавочного трансформатора в среднем уменьшается на 20%.

Требуемый технический эффект достигается тем, что измеряют отклонение входного напряжения устройства от первого заданного уровня, выделяют модуль этого отклонения и из него формируют первый управляющий сигнал, которым, воздействуя на рекуперативный выпрямитель, изменяют действующее значение напряжения на выходе инвертора напряжения при том, что напряжение первого заданного уровня больше напряжения второго заданного уровня, а интенсивность регулирования амплитуды выше интенсивности регулирования фазы выходного напряжения инвертора.

Способ стабилизации синусоидального напряжения с амплитудно-фазовым регулированием включает операции измерения отклонений напряжения на входе и выходе устройства соответственно от напряжений первого и второго заданных уровней, формирования первого и второго управляющих сигналов, полученных соответственно из модуля отклонения напряжения на входе устройства и из отклонения напряжения на выходе устройства, воздействия первым и вторым управляющими сигналами с заданными интенсивностями соответственно на рекуперативный выпрямитель и на инвертор напряжения для регулирования амплитуды и фазы первой гармоники выходного напряжения инвертора, увеличения выходного напряжения инвертора в k_ВТ раз с последующим его суммированием с напряжением сети и уменьшения этой суммы в k_ГТ раз (k_ВТ и k_ГТ - коэффициенты трансформации вольтодобавочного и главного трансформаторов). При этом напряжение первого заданного уровня больше напряжения второго заданного уровня, а интенсивность воздействия первым управляющим сигналом на рекуперативный выпрямитель выше интенсивности воздействия вторым управляющим сигналом на инвертор напряжения.

На чертеже приведено устройство, реализующее операции способа стабилизации синусоидального напряжения трансформаторной подстанции с амплитудно-фазовым регулированием.

Устройство содержит следующие элементы: 1, 2 - входные и выходные зажимы, предназначенные для подключения соответственно сети и нагрузки подстанции; 3, 4 - главный и вольтодобавочный трехфазные трансформаторы; 5 - инвертор напряжения с системой управления 6, осуществляющей регулирование фазы α_и выходного напряжения инвертора от 0 до π рад с заданной интенсивностью; 7 - рекуперативный выпрямитель с системой управления 8, осуществляющей изменение угла управления α_в тиристорами выпрямителя и регулирование амплитуды выходного напряжения инвертора с заданной интенсивностью; 9 - датчик модуля отклонения входного напряжения подстанции; 10 - датчик отклонения выходного напряжения подстанции; 11 - фильтр звена постоянного напряжения; 12 - датчик направления тока и 13 - ограничитель минимального напряжения.

Устройство согласно предложенному способу стабилизируeт выходное напряжение подстанции при совместном амплитудно-фазовом регулировании напряжения вольтодобавки. Регулирование амплитуды добавочного напряжения производится рекуперативным выпрямителем 7 в функции отклонения напряжения сети, а регулирование фазы инвертором напряжения 5 в функции отклонения напряжения нагрузки.

В стабилизаторе канал регулирования амплитуды является основным. Он более быстродействующий и компенсирует основную составляющую отклонения напряжения на нагрузке, вызванную изменением напряжения в сети. Канал регулирования фазы - вспомогательный. Он корректирует процесс стабилизации напряжения на выходе подстанции, устраняя только лишь отклонения напряжения, вызванные изменениями падения напряжения на трансформаторах при изменении нагрузки. Необходимость применения в стабилизаторе фазового канала вызвана еще и тем, что он производит перевод устройства из режима вольтодобавки в режим вольтовычета.

В области малых отклонений напряжения сети от заданного, например номинального уровня U₃₁, сигнал управления рекуперативным выпрямителем 7 не изменяется, оставаясь на заданном уровне U₃₀ ограничения блоком 13. В связи с этим амплитуда напряжения вольтодобавки в указанной области также фиксируется на соответствующем минимальном уровне, то есть амплитудное регулирование отсутствует. В этой области устройство работает так же, как прототип, но с ограниченной амплитудой добавочного напряжения, стабилизируя напряжение нагрузки только фазовым каналом.

При выходе из указанной области малых отклонений снимается ограничение на изменение сигнала управления рекуперативным выпрямителем 7 и вступает в действие амплитудное регулирование, которое, имея преобладающую интенсивность, доминирует над фазовым и обеспечивает стабилизацию с улучшенной формой выходного напряжения.

Процесс преобразования напряжения нагрузки происходит следующим образом. Вектор действующего значения первой гармоники выходного напряжения инвертора U_f= U₂(α_B)·exp(j·α_И), сформированного рекуперативным выпрямителем 7, фильтром 11 и инвертором напряжения 5 из стабилизированного напряжения нагрузки при помощи вольтодобавочного трансформатора 4, увеличивается в k_ВТ раз, и при встречном включении его первичной и вторичной обмоток (для опережающего регулирования фазы добавочного напряжения) вычитается из напряжения сети U₁.

В результате этого главный трансформатор 3 получает питание от двух последовательно соединенных источников напряжения с результирующим стабилизированным напряжением U₁- k_ВТU_f, которое уменьшается этим трансформатором в k_ГТ раз и подается на нагрузку.

Вектор напряжения нагрузки с учетом отклонения напряжения сети ± ΔU₁ и падения напряжения на трансформаторах ΔU_k = z_KI₂ определяется выражением где U₁, U₂ - напряжения сети и нагрузки; I₂ - ток нагрузки; z_К = z_КГ + z_КВ - суммарное сопротивление короткого замыкания главного и вольтодобавочного трансформаторов; k_Т = k_ВТ/k_ГТ - глубина регулирования напряжения; k_ВТ, k_ГТ - коэффициенты трансформации вольтодобавочного и главного трансформаторов; ε(α_B) - степень регулирования амплитуды; exp(jα_И) - оператор поворота (регулирования) фазы инвертора напряжения; α_B,α_И - углы управления рекуперативным выпрямителем и инвертором напряжения.

Из выражения (1) видно, что компенсация отклонений напряжения на нагрузке, вызванная изменением ΔU₁ и I₂ компенсируется автоматическим регулированием α_B и α_И.

Формула изобретения

Способ управления стабилизатором трехфазного напряжения с амплитудно-фазовым регулированием, содержащим трехфазный вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого включена в цепь первичной или в цепь вторичной обмотки главного трансформатора подстанции, а вторичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора соединена в звезду и через рекуперативный выпрямитель и инвертор напряжения подключена в нагрузке, заключающийся в том, что измеряют отклонение выходного напряжения от второго заданного уровня, из него формируют второй управляющий сигнал и им, воздействуя на инвертор напряжения, изменяют фазу напряжения на выходе инвертора напряжения в пределах от 0 - π рад в сторону опережения относительно входного или выходного напряжения стабилизатора, отличающийся тем, что измеряют отклонение входного напряжения стабилизатора от первого заданного уровня, выделяют модуль этого отклонения, ограничивают его на минимальном заданном уровне и из него формируют первый управляющий сигнал, которым, воздействуя на рекуперативный выпрямитель, изменяют амплитуду напряжения на выходе инвертора напряжения с соответствующим ограничением его минимального заданного уровня, при том, что напряжение первого заданного уровня больше напряжения второго заданного уровня, а интенсивность регулирования амплитуды выше интенсивности регулирования фазы напряжения на выходе инвертора напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1