Способ повышения качества и эффективности использования электроэнергии в n-фазной системе энергоснабжения (вариант 3)


 


Владельцы патента RU 2435278:

Устименко Игорь Владимирович (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение в питающей энергосистеме уровней высших гармонических составляющих и повышение эффективности использования электроэнергии. Согласно предложенному способу реактивную составляющую, определяемую реактивными токами гармоники основной частоты и высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, извлекают в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения огибающей, извлекаемой реактивной составляющей эквивалентного тока, и после ее преобразования возвращают в энергосистему в виде активной энергии посредством тока основной частоты таким образом, чтобы модули токов, протекающих по каждой из ее фаз к упомянутой n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузке, имели бы величину, равную либо заранее заданной либо равную величине модуля тока в опорной фазе, при этом опорную фазу предварительно выбирают из n-питающих фаз несимметричной системы энергоснабжения по условию минимального значения модуля тока. 1 ил.

 

Способ относится к энергетике и может быть использован для повышения качества и эффективности использования электроэнергии в n-фазных системах энергоснабжения.

Известен способ [1] повышения качества электроэнергии, принятый в качестве аналога, при осуществлении которого для «повышения эффективности использования электрической энергии сравнивают напряжение сети с напряжением эталонного источника качественной электрической энергии, выделяют напряжение, которое определяется разностью между напряжением сети и напряжением эталонного источника качественной электрической энергии, и полученное напряжение подают к потребителям электрической энергии». Известный способ-аналог обладает рядом недостатков, одним из которых является наличие дополнительных затрат энергии, связанных с использованием «эталонного источника качественной электрической энергии», мощность которого соизмерима с мощностью, отбираемой защищаемыми нагрузками. Кроме этого в известном способе предлагается утилизировать гармоники напряжения, в то время как высших гармоник тока, генерируемых нелинейной нагрузкой, процесс утилизации никак не затрагивает. Таким образом, на основании указанных недостатков способ-аналог обладает низкой эффективностью.

Известен способ [2] повышения качества электроэнергии, заключающийся в том, что из «напряжения электрической сети выделяют первую и высшие гармонические составляющие, выпрямляют их, преобразуют выпрямленное напряжение в переменное с частотой, равной частоте основной гармоники сети, и возвращают....напряжение в электрическую сеть». Известный способ, принятый в качестве прототипа, обладает рядом недостатков, главные из которых заключаются в следующем. В известном способе для повышения качества электроэнергии авторами предлагается компенсация высших гармонических составляющих напряжения. Однако известно, что процентное содержание гармоник в питающем напряжении не повторяет процентного содержания гармоник в токе, протекающем в энергосистеме, который формируется под воздействием нелинейной нагрузки. Известно также, что именно ток, отбираемый нелинейной нагрузкой, определяет гармонический состав и процентное содержание гармоник в сети энергоснабжения. Таким образом, существенного уменьшения амплитуд высших гармоник в фазах энергосистемы, при осуществлении известного способа-аналога, не произойдет. Ограниченность известного способа заключается в «снижении» уровней напряжений гармоник строго определенных частот; невозможности компенсации в энергосистеме реактивной мощности. Кроме того, дополнительные непроизводительные потери мощности, при осуществлении способа-прототипа, обусловлены использованием силового трансформатора. Следует также отметить, что ни способ-аналог, ни способ-прототип не предусматривают пофазного выравнивания токовых нагрузок.

Задача, решаемая изобретением, - повышение качества и эффективности использования электроэнергии.

Это достигается тем, что согласно предложенному способу из потока мощности, отбираемого от энергосистемы n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, его реактивную составляющую, определяемую реактивными токами гармоники основной частоты и высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, извлекают в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяются по закону изменения огибающей, извлекаемой реактивной составляющей эквивалентного тока, и после ее преобразования возвращают в энергосистему в виде активной энергии посредством тока основной частоты таким образом, чтобы модули токов, протекающих по каждой из ее фаз к упомянутой n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузке, имели бы величину, равную либо заранее заданной либо равную величине модуля тока в опорной фазе, при этом опорную фазу предварительно выбирают из n-питающих фаз несимметричной системы энергоснабжения по условию минимального значения модуля тока.

На чертеже представлена схема, поясняющая сущность заявленного способа. При этом введены следующие обозначения:

1 - n-фазная энергосистема

2 - нелинейная нагрузка

3 - n-фазный полностью управляемый транзисторный ШИМ-выпрямитель

4 - емкостный накопитель

5 - n-фазный дополнительный источник мощности

6, 7, 8 - датчики тока фаз

9, 10, 11 - датчики питающего напряжения

12, 13, 14 - блоки формирования логического сигнала

15, 16, 17 - блоки формирования модулирующего сигнала

18 - датчик напряжения

19 - n-фазный блок смесителей

20, 29, 32 - блоки фазоинверторов

21, 22, 23 - фильтры гармоники основной частоты

24 - блок задания внешних, пофазных регулирующих воздействий

25 - n-фазный блок задания групп компенсируемых гармоник

26 - n-фазный блок смесителей

27, 28, 30, 31, 33, 34 - фазокорректирующие цепи

35, 36, 37, 40, 41, 44, 45, 57 - выпрямители

38, 39, 43, 46, 48, 49 - блоки определения опорной фазы (компараторы)

42, 47, 50 - логические элементы формирования сигнала опорной фазы

51, 52, 53, 54, 55, 56 - блоки формирования сигналов симметрируемых фаз

58, 59, 60,61, 62, 63 - блоки восстановления фазы модулирующего сигнала соответствующей симметрируемой фазы

64, 65, 66 - блоки формирования управляющих сигналов фаз

67 - датчик напряжения

Суть заявленного способа заключается в следующем. В процессе отбора мощности n-фазной несимметричной нелинейной нагрузкой, в фазах энергосистемы, протекают различные по модулю и фазе токи, спектр которых составляют основная и высшие гармоники. При этом знак мгновенной мощности их реактивных составляющих в течение четверти своего периода изменяется на противоположный. Этот факт связан с тем, что часть энергии, запасенная в электрическом или магнитном поле реактивной нагрузки, возвращается назад в источник в виде упомянутых реактивных составляющих тока. Протекание реактивных токов в индуктивных нагрузках обеспечивается действием ЭДС самоиндукции, в емкостных - напряжением, накопленным в электрическом поле емкости. При этом знаки питающего напряжения и ЭДС самоиндукции, а также питающего напряжения и напряжения на емкостной составляющей нагрузки, как известно, противоположны. Отрицательный эффект, связанный с реактивными токами, как известно, заключается в дополнительных непроизводительных потерях мощности в энергосистеме.

В заявленном способе задача повышения качества и эффективности использования электроэнергии решается путем снижения ее непроизводительных потерь. При этом предлагается в те моменты времени, когда n-фазная нагрузка проявляет реактивный характер, из потока мощности отбираемого ею извлекать энергию реактивных токов основной и высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, и после преобразования ее в энергию постоянного тока использовать для питания дополнительного источника мощности, в качестве которого предполагается использовать ШИМ-инвертор, и затем посредством последнего возвращать в симметрируемые фазы энергосистемы в виде активной энергии посредством симметрирующих токов основной частоты таким образом, чтобы модули токов, протекающих по каждой из ее фаз к упомянутой n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузке, имели бы величину, равную либо заранее заданной либо равную величине модуля тока в опорной фазе, при этом опорную фазу предварительно выбирают из n-питающих фаз несимметричной системы энергоснабжения по условию минимального значения модуля тока. При этом определяется фаза, по которой к несимметричной нагрузке протекает ток с наименьшим модулем. Выбранная фаза определяется как «опорная» фаза, а другие фазы, не являющиеся опорной, - как симметрируемые фазы. Токи, формируемые за счет энергии реактивных токов и генерируемые в симметрируемые фазы, определяются как симметрирующие токи. Таким образом, посредством симметрирующих токов осуществляется выравнивание по величине модулей токов, протекающих по отдельным фазам n-фазной энергосистемы, т.е. осуществляется ее симметрирование относительно модулей фазных токов. Упомянутым ШИМ-инвертором предполагается управлять модулирующим сигналом, формируемьм для каждой из симметрируемых фаз отдельно, посредством сигналов, пропорциональных геометрической разности токов опорной и соответствующей симметрируемой фазы. Если же в энергосистеме суммарная реактивная мощность основной и группы высших гармоник меньше мощности активных токов, необходимой для симметрирования (если несимметрия в энергосистеме значительна), упомянутая геометрическая разность фиксируется посредством дополнительно формируемых внешних воздействий на уровне заданного значения. Отбор мощности от симметрируемых фаз осуществляется посредством полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения величины извлекаемого симметрирующего тока. Протекание реактивных токов в каждом из его плеч, в каждый полупериод питающего напряжения обеспечивается действием ЭДС самоиндукции или напряжением на емкостной составляющей нагрузки. Управление транзисторами осуществляют посредством модулирующего сигнала с заданными характеристиками. Использование транзисторов при выпрямлении токов позволяет использовать их управляющие свойства относительно последних. При этом посредством полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя осуществляется избирательное выпрямление тока, определяемого сигналом управления. Осуществление заявленного способа рассмотрено на примере трехфазной системы. Таким образом, с выходов датчиков 6, 7, 8 сигналы, пропорциональные несинусоидальным токам, отбираемым нелинейной нагрузкой 2 от фаз «А, В и С», поступают, в том числе, на вход n-фазного блока задания групп компенсируемых гармоник 25, посредством которого для каждой из фаз заранее задают спектр гармоник, долю которых необходимо уменьшить. При этом блок 25 может представлять собой группу фильтров (по числу фаз), посредством которых из сигнала, отбираемого нагрузкой 2, из каждой из фаз выделяют спектр компенсируемых гармоник. Далее сформированные таким образом сигналы поступают на первую группу соответствующих входов n-фазного блока (по числу фаз) смесителей 26, на вторую группу входов которого поступают сигналы, пропорциональные гармоникам тока основной частоты соответствующих фаз, сформированные посредством фильтров гармоники основной частоты 21, 22, 23, из сигналов сформированным посредством датчиков 6, 7, 8, пропорциональных токам, отбираемым нагрузкой 2. При этом на выходе блока 26 для каждой из фаз формируется сигнал, включающий активную и реактивную составляющие гармоник тока основной частоты и группы высших гармоник, подлежащих компенсации. Далее из полученных таким образом сигналов выделяются их реактивные составляющие. Этот процесс осуществляется следующим образом. Посредством блоков: датчиков тока 6-8, блоков 21-23, 25, 26 и датчиков питающего напряжения 9-11 (по числу фаз энергосистемы) для каждой из фаз описанным выше способом формируют сигнал, включающий активную и реактивную составляющие гармоник тока основной частоты и группы высших гармоник, подлежащих компенсации, и сигналы, пропорциональные питающему напряжению. При этом в сигналах, присутствующих на выходе блоков 21-23, отсутствует синфазность по отношению к «своим» питающим напряжениям. В связи с тем, что процесс формирования реактивной составляющей модулирующего сигнала аналогичен для всех фаз энергосистемы, рассмотрим его формирование относительно фазы «А». В блоке формирования логического сигнала 12 сравниваются знаки сигналов, поступающих на его входы с выхода блока 26, соответствующего фазе «А», и датчика питающего напряжения 9; и на его выходе формируется цифровая последовательность нулей и единиц, причем при совпадении знаков сигналов, пропорциональных току и напряжению, на выходе блока 12 формируется логическая единица, а в остальных случаях - логический ноль. Таким образом, логическая единица соответствует той части периода, в течение которого нагрузка 2 отбирает из энергосистемы активную мощность. Далее сигнал с выхода блока 12 поступает на один из входов блока 15 формирования модулирующего сигнала, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный току, отбираемому нагрузкой 2, от соответствующей фазы, в данном случае от фазы «А». Таким образом, в те моменты, в течение которых логический ноль, поступающий с выхода блока 12, совпадает на входе блока 15 с положительной полуволной отбираемого нагрузкой 2 тока, на выходе блока 15 формируются модулирующие импульсы напряжения, пропорциональные реактивной составляющей тока, отбираемого нагрузкой 2, и синфазные по отношению к ней. Как уже было сказано выше, процесс формирования модулирующего сигнала управления фазами «В и С» аналогичен. Далее сформированные для каждой из фаз описанным способом модулирующие сигналы управления поступают на соответствующие управляющие входы ШИМ-выпрямителя 3. В течение времени действия импульсов напряжения, сформированных блоками 15-17 на управляющих входах полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, питание последнего осуществляется за счет или ЭДС самоиндукции, или напряжения на емкостной составляющей нагрузки, в зависимости от ее характера. Таким образом, посредством управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3 осуществляется извлечение реактивной составляющей тока, отбираемого активно-реактивной нагрузкой 2, в форме, способствующей ее накоплению. Далее в соответствии с заявленным способом извлеченная описанным способом энергия реактивного тока основной частоты и токов группы высших гармоник накапливается в виде энергии постоянного тока в емкостном накопителе 4 и далее используется для питания n-фазного (по числу фаз энергосистемы) дополнительного источника мощности 5, в качестве которого используется ШИМ-инвертор, посредством которого формируют и генерируют в симметрируемые фазы симметрирующие токи, имеющие вид токов основной частоты. При этом симметрируемыми фазами являются все те фазы, модули тока основной частоты в которых больше модуля тока в опорной фазе. Таким образом, в качестве опорной определяется фаза с наименьшим модулем тока основной частоты. Рассмотрим процесс определения опорной фазы и формирование симметрирующих токов для симметрируемых фаз. Сигналы, пропорциональные токам гармоники основной частоты фаз «А, В и С», отбираемым от энергосистемы несимметричной нагрузкой 2 посредством датчиков токов 6, 7, и 8 и фильтров гармоники основной частоты 21, 22 и 23, поступают на входы фазоинверторов 20, 29 и 32 и проинвертированные поступают соответственно на входы выпрямителей 35, 36 и 37, где преобразуются в последовательность однополярных импульсов тока. Далее следует отметить следующее. При формировании модулирующих сигналов управления формированием симметрирующих токов, с целью генерации их в симметрируемые фазы, не являющихся опорной фазой, в соответствии с осуществлением заявленного способа, относительно трехфазной системы, условно, формируются три канала проверки фаз энергосистемы на соответствие их критерию «опорная фаза». При этом в каждом из каналов проверяемый сигнал, изначально задаваемый как опорный и пропорциональный протекающему в проверяемой фазе току, сравнивается с сигналами соседних фаз. В целях арифметического сравнения модуля тока в предполагаемой опорной фазе с токами соседних фаз последние приводятся к опорной фазе путем коррекции на соответствующие углы таким образом, чтобы все сравниваемые токи были бы синфазны. Таким образом, если проверяется на соответствие критерию «опорная» - фаза «А», то ее ток арифметически вычитается соответственно из токов фаз «В и С». При этом последние корректируются по фазе соответственно на 240 и 120 эл. градусов по направлению прямого чередования фаз. Если проверяется на соответствие критерию «опорная» - фаза «В», то ее ток арифметически вычитается соответственно из токов фаз «А и С». При этом последние корректируются на угол соответственно на 120 и 240 эл. градусов. Если проверяется на соответствие критерию «опорная» - фаза «С», то ее ток арифметически вычитается соответственно из токов фаз «А и В». При этом последние корректируются на угол соответственно на 240 и 120 эл. градусов. В случае если модули токов фаз, смежных с проверяемой предполагаемой опорной фазой, больше модуля тока последней, то проверяемая фаза окончательно определяется как опорная. Если хотя бы один из модулей токов фаз, смежных с проверяемой фазой, меньше модуля тока последней, то на соответствие критерию «опорная фаза» проверяется следующая фаза «В» и т.д. После того как опорная фаза определена, в соответствии с заданным алгоритмом, описанным ниже, формируются разностные токи фаз, соответствующей симметрируемой и опорной, которые после соответствующей фазовой коррекции определяются в качестве модулирующих сигналов управления соответствующей фазой n-фазного дополнительного источника мощности 5, посредством которого осуществляется, в том числе, генерация в симметрируемые фазы симметрирующих токов в заданных количествах. О фазовой коррекции разностных сигналов следует отметить следующее. Сформированные описанным выше способом разностные сигналы управления отбором токов от симметрируемых фаз синфазны по отношению к опорной фазе, и их необходимо скорректировать по фазе таким образом, чтобы сигнал управления, соответствующий определенной симметрируемой фазе, был бы синфазен по отношению к ней. Поэтому перед тем как подаваться на соответствующие управляющие входы n-фазного дополнительного источника мощности 5, сформированные упомянутые разностные сигналы корректируются на соответствующие углы. Так, например, сигналы фаз «В и С», сформированные как разностные по отношению к сигналу опорной фазы «А», сдвигаются соответственно на углы 120 и 240 эл. градусов.

Таким образом, с выходов блоков 35, 36 и 37 сформированные последовательности импульсов поступают соответственно на первую группу входов блоков определения опорной фазы: 38 и 39, 43 и 46, 48 и 49, на вторую группу входов которых поступают сигналы с выходов выпрямителей 40 и 41, 44 и 45, 61 и 57, на входы которых поступают сигналы, пропорциональные токам соответствующих фаз и преобразованные описанным выше способом (скорректированные соответствующим образом по фазе), т.е. посредством блоков 27, 30, 33, сигналы, пропорциональные соответствующим токам фаз А, В и С, проинвертированные в блоках 20, 29, 32, корректируются по фазе на 120, а посредством блоков 28, 31, 34 - на 240 эл. градусов. Сформированные таким образом сигналы используются, в том числе, для определения фазы с током, имеющим наименьшую амплитуду (опорной фазы). Процесс определения опорной фазы, т.е. фазы с наименьшим модулем тока, осуществляется следующим образом. На входы блока 38 поступают последовательности однополярных импульсов тока с выходов выпрямителей 35 и 37, пропорциональные соответственно проинвертированному току фазы «А» и сдвинутому на 240 эл. градусов току фазы «В». На входы блока 39 поступают последовательности однополярных импульсов тока с выходов выпрямителей 35 и 41, пропорциональные соответственно проинвертированному току фазы «А» и сдвинутому на 120 эл. градусов току фазы «С». Таким образом, на выходе блоков 38 и 39, в качестве которых можно использовать компараторы, присутствуют последовательности однополярных импульсов, пропорциональных соответственно арифметической разности токов фаз «В и А» и «С и А». При этом в случае, если модуль тока в фазе «А» меньше модулей токов в фазах «В и С», фаза «А» определяется как опорная, и знаки импульсов в упомянутых последовательностях положительны и совпадают. В этом случае на выходе логического элемента 42, реализующего логическую функцию «И», формируется логическая единица, в противном случае формируется логический нуль. В последнем случае автоматически, посредством блоков 43, 46, 47 или 48, 49, 50, осуществляется проверка на соответствие критерию «опорной» - фаз «В и С». В случае если модуль тока в фазе «В» меньше модулей токов в фазах «А и С», то опорной определяется фаза «В», и логическая единица формируется на выходе логического элемента формирования сигнала опорной фазы 47. В случае, если модуль тока в фазе «С» меньше модулей токов в фазах «А и В», опорной определяется фаза «С», и логическая единица формируется на выходе логического элемента формирования сигнала опорной фазы 50. Одновременно в блоках формирования сигналов симметрируемых фаз 51 и 52 формируются сигналы, пропорциональные арифметической разности токов фаз «В и А» и «С и А» соответственно. При этом в блоках 53 и 54, 56 и 55 формируются сигналы, пропорциональные арифметической разности токов, соответственно фаз «А, В и С, В» и «А, С и В, С». Каждый из блоков 51, 52, 53, 54, 56 и 55 имеет вход блокировки, на который поступает сигнал блокировки работы упомянутых блоков, соответствующий сигналу логического нуля, в соответствии с логикой реализации предложенного способа, поступающему соответственно с выходов блоков 42, 47 и 50. При этом если опорной выбрана фаза «А», только на выходе блока 42 формируется сигнал логической единицы, являющийся сигналом разрешения работы блоков 51 и 52, и при этом на их выходах присутствуют сигналы, пропорциональные арифметической разности токов фаз «А и В» и «А и С» соответственно. На выходах блоков 47 и 50 присутствуют сигналы логического нуля, являющиеся сигналами блокировки соответственно пар блоков 53, 54 и 56, 55, и при этом на всех выходах упомянутых пар блоков сигналы отсутствуют. В случае если фаза «А» не определена как опорная, на выходе блока 42 присутствует логический нуль, блокирующий работу блоков 51 и 52. Блоки 64, 65, 66, которые могут быть выполнены в виде аналоговых смесителей с возможностью заданного управления величинами суммируемых сигналов, являются блоками формирования модулирующих сигналов управления соответствующими фазами n-фазного (по числу фаз энергосистемы) дополнительного источника мощности 5. Таким образом, сигналы, сформированные в упомянутых блоках, поступают на управляющие входы блока 5, соответствующие симметрируемым фазам, и опорная фаза в данном процессе не участвует. Это можно пояснить следующим. Допустим, опорной является фаза «А». Как уже было показано, сигнал логического разрешения (логической единицы) формируется только на выходе блока 42, разрешающего работу блоков 51 и 52, в которых формируются разностные сигналы, пропорциональные соответственно токам фаз В и А и С и А. Упомянутые разностные сигналы поступают через блоки восстановления фазы на входы блоков 66 и 65, посредством которых формируется модулирующий сигнал управления, соответственно фазами В и С блока 5. При этом блок 53, с выхода которого сигнал, пропорциональный разности токов фаз А и В, через блок восстановления фазы 59 поступает на вход блока формирования модулирующего сигнала управления фазой «А» блока 5, а также блок 54, с выхода которого сигнал, пропорциональный разности токов фаз С и В, через блок восстановления фазы 61 поступает на вход блока формирования модулирующего сигнала управления фазой «С» блока 5, блокируются сигналом, формируемым в блоке 47, поскольку фаза В не определена как опорная. Также сигналом запрета (логическим нулем) блокируется работа блоков 55 и 56, поскольку фаза «С» также не определена как опорная. Таким образом, на выходах блоков 53-56 разностные сигналы отсутствуют, и в формировании модулирующего сигнала управления участвуют только симметрируемые фазы (посредством блоков 66 и 65). По имеющим место причинам отсутствует сигнал на выходе блока 64. Аналогично формируются модулирующие сигналы управления соответствующими фазами дополнительного источника мощности 5, в случае определения в качестве опорной фаз В или С. Посредством блоков восстановления фазы модулирующего сигнала 58-63 сигналы, сформированные арифметическим вычитанием сигналов, пропорциональных току опорной и соответствующей симметрируемой фазы, корректируются на углы, соответствующие фазовому углу между током опорной и соответствующей симметрируемой фазы, при прямом чередовании фаз (для трехфазной системы этот угол равен 120 эл. градусов). При этом если модулирующий сигнал управления формируется относительно опорной фазы «А», посредством блоков 51 и 52 для управления фазами «В и С» блока 5, то сигналы на выходах упомянутых блоков корректируются соответственно на 120 и 240 эл. градусов. Аналогично, если, модулирующий сигнал управления формируется относительно опорной фазы «В», посредством блоков 53 и 54 для управления фазами «А и С» блока 5, то сигналы на выходах упомянутых блоков корректируются соответственно на 240 и 120 эл. градусов. И, наконец, если модулирующий сигнал управления формируется относительно опорной фазы «С», посредством блоков 55 и 56 для управления фазами «В и А» блока 5, то сигналы на выходах упомянутых блоков корректируются соответственно на 240 и 120 эл. градусов. Таким образом, как было показано, согласно логике взаимодействия блоков, посредством которых реализуется заявленный способ, модулирующий сигнал присутствует только на тех управляющих входах блока 5, которые соответствуют симметрируемым фазам: применительно к трехфазной системе их два. На третьем же входе, соответствующем опорной фазе, сигнал отсутствует. Описанные выше процессы формирования симметрирующих токов соответствуют режиму, когда несимметрия токов в энергосистеме может быть устранена за счет извлеченной реактивной энергии токов основной и группы высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить. Однако в случае, если несимметрия токов в энергосистеме значительна и извлекаемой реактивной мощности недостаточно для формирования симметрирующих токов, в соответствии с алгоритмом реализации заявленного способа, посредством блока задания внешних, пофазных регулирующих воздействий 24, изображенным на поясняющей заявленный способ схеме, в виде сигналов задания для каждой из фаз энергосистемы, формируют дополнительные ограничивающие воздействия на величины сформированных модулирующих сигналов управления соответствующими фазами дополнительного источника мощности 5. При этом степень симметрирования задается дополнительно, посредством воздействия на величину управляющего модулирующего сигнала, с целью его стабилизации на заданном уровне. Блок 24 может быть построен по принципу устройства формирования заданных опорных напряжений, посредством сравнения с которыми задают величину модулирующих сигналов управления, сформированных соответственно для фаз А, В и С блоками 64-66. При этом управление величинами упомянутых модулирующих сигналов осуществляют по дополнительным управляющим входам, организованным в упомянутых блоках. Блок 24 также имеет управляющий вход, по которому разрешается его работа в случае, если режим ограничения мощности, необходимой для формирования токов симметрирования, распознается посредством датчика напряжения 67. Таким образом, в случае если извлеченная из энергосистемы реактивная мощность, генерируемая нагрузкой 2, использована на формирования токов симметрирования в симметрируемых фазах, напряжение на емкостном накопителе 4 снижается ниже заданного уровня, что фиксирует датчик напряжения 67, посредством которого в этом случае формируется сигнал разрешения на работу блока 24 вообще, в противном случае последний блокируется сигналом противоположной полярности с упомянутого датчика напряжения. При этом на выходах блока 24 формируются сигналы, ограничивающие на заданном уровне сформированные в нем модулирующие сигналы управления соответствующими фазами дополнительного источника мощности 5. Таким образом, оставшийся в каждой из симметрируемых фаз ток имеет величину модуля, равную либо заранее заданную посредством блока 24 либо равную величине модуля тока в опорной фазе.

Таким образом, в результате последовательности действий, осуществляемых в соответствии с заявленным способом, повышения качества и эффективности использования электроэнергии добиваются посредством извлечения из потока мощности энергосистемы, отбираемого n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, его реактивной составляющей, определяемой реактивными токами гармоники основной частоты и высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, и формированием за счет извлеченной энергии симметрирующих токов гармоники основной частоты, с их последующей генерацией в симметрируемые фазы энергосистемы, с целью пофазного выравнивания в ней токовых нагрузок.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2320067, опубликовано 2007.01.20.

2. Патент РФ №2237334, опубликовано 2004.05.20.

Способ повышения качества и эффективности использования электроэнергии, при котором из потока мощности, отбираемого n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, извлекают часть энергии, обуславливающую ее непроизводительные потери, и после преобразования в гармонику основной частоты возвращают в энергосистему в виде активного тока основной частоты, отличающийся тем, что генерируемый в n-фазную энергосистему активный ток основной частоты формируют за счет извлекаемой из каждой из ее фаз, энергии реактивных составляющих токов: основной частоты и группы высших гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой, - в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения огибающей извлекаемого из энергосистемы суммарного реактивного тока, посредством полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа, управляемого модулирующим сигналом, который предварительно формируют по результату сравнения знаков двух составляющих: аналоговой, пропорциональной извлекаемой реактивной составляющей тока, и составляющей, которую в случае равенства знаков сравниваемых напряжений: питающего нагрузку и пропорционального упомянутой аналоговой составляющей, - формируют в виде логического сигнала, при этом в случае, если знаки составляющих противоположны, упомянутый модулирующий сигнал формируют и посредством его, в каждый полупериод питающего нагрузку напряжения, осуществляют извлечение упомянутого реактивного тока, при этом упомянутый активный ток основной частоты формируют для симметрируемых фаз энергосистемы, посредством дополнительного n-фазного управляемого источника мощности, питание которого осуществляют за счет извлеченной реактивной составляющей энергии, и генерируют в симметрируемые фазы в виде симметрирующих токов, таким образом, чтобы модули протекающих в них токов основной частоты были бы равны, либо заранее заданной величине, либо величине модуля тока в опорной фазе, которую выбирают из n-питающих фаз системы энергоснабжения по условию минимального значения модуля тока основной частоты, причем упомянутые симметрирующие токи, для каждой из симметрируемых фаз, формируют пропорционально: либо арифметической разности токов соответствующей симметрирующей и опорной фаз, либо упомянутой арифметической разности, ограниченной до заданной величины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения эффективности использования электроэнергии, посредством снижения в потоке мощности энергосистемы непроизводительных потерь.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к способам подавления высших гармоник в электрических сетях. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания технических средств, улучшающих защиту электрических сетей от гармоник тока кратных трем.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для повышения качества и эффективности использования электроэнергии в n-фазных системах энергоснабжения

Изобретение относится к электротехнике
Наверх