Способ регулирования формы кривой питающего напряжения

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам производства, преобразования и распределения электрической энергии, и может быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искаженной формой напряжения для повышения качества сети электроснабжения, повышения стабильности и качества работы технологического оборудования, для приведения сети электроснабжения к нормативному состоянию. Технический результат заключается в полной компенсации отклонений от требуемой для питания потребителей формы напряжения. Способ заключается в том, что измеряют мгновенные значения напряжения на входе регулирующего устройства U_вх, на выходе регулирующего трансформатора, входящего в состав фильтро-регулирующего устройства U_тр, затем, зная требуемую форму напряжения U_ид, вычисляют мгновенное значение напряжения, которое необходимо сгенерировать и ввести через трансформатор в сети в соответствии с формулой: U_инв=K_тр·(2·U_тр+U_вх-U_ид). 1 ил.

 

Предложенное изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам производства, преобразования и распределения электрической энергии, и может быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искаженной формой напряжения для повышения качества сети электроснабжения, повышения стабильности и качества работы технологического оборудования, для приведения сети электроснабжения к нормативному состоянию. Технический результат заключается в полной компенсации отклонений от требуемой для питания потребителей формы напряжения.

Способ заключается в том, что измеряют мгновенные значения сетевого напряжения на входе регулирующего устройства U_вх, на выходе согласующего трансформатора, входящего в состав фильтрорегулирующего устройства U_тр. Затем, зная требуемую форму питающего напряжения U_ид, вычисляют мгновенное значение напряжения, которое необходимо сгенерировать и ввести через трансформатор в сеть в соответствие с формулой:

где К_тр - коэффициент трансформации используемого трансформатора.

где U₁, U₂ - напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора сообветственно.

Известны способы устранения высших гармонических составляющих с помощью активных фильтров, которые генерируют в питающую сеть такое напряжение, что суммарное напряжение, подаваемое на нагрузку, практически не содержит высших гармоник и синусоидально. Однако в таких устройствах не учитываются искажения, вносимые трансформатором, с помощью которого активный фильтр подключается к питающей сети. Поэтому, в итоге, известные способы не позволяют привести форму кривой напряжения на нагрузке к идеальной. Также устройства этого класса не регулируют основную гармонику по амплитуде, что востребовано в ряде случаев на практике. В то же время известен способ регулирования амплитуды основной гармоники питающего напряжения сети с применением вольт-добавочных трансформаторов. Однако этот способ не позволяет регулировать спектральный состав кривой питающего напряжения сети и позволяет производить только ступенчатую регулировку уровня напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, описанный в патенте на изобретение «Способ управления активным фильтром с последовательной компенсацией» SU 1169106 A, кл. H02M 1/12, 1980 и принятый за прототип. Способ заключается в том, что измеряют мгновенные значения напряжений на входе сети U_вх и на нагрузке U_вых. На основании значения выпрямленного входного напряжения вычисляют амплитуду основной гармоники. Формируют эталонный сигнал исходя из амплитуды основной гармоники входного напряжения и фазы выходного напряжения. Разницу между выходным и эталонным напряжениями подают на усилитель сигнала, подключенный через трансформатор к нагрузке последовательно с сетью. Тем самым компенсируют высшие гармонические составляющие напряжения сети.

Недостатком описанного способа является формирование эталонного сигнала на основании значения выпрямленного напряжения сети. Это приводит к тому, что амплитуда получающегося напряжения на выходе будет зависеть от спектрального состава напряжения сети. Также недостатком этого способа является отсутствие учета влияния нелинейных искажений, вносимых согласующим трансформатором.

На чертеже представлена структурная схема системы электроснабжения потребителя Z_н от питающей сети с напряжением U_н, разложенным на идеальную составляющую U_ид требуемую для питания нагрузки Z_н, и напряжение помехи U_пом, описывающего помехи от других потребителей и искажения в сети, поступающие от поставщика электрической энергии, с включенным последовательно фильтро-компенсирующим устройством, состоящим из управляемого источника напряжения U_инв и трансформатора TV с выходным напряжением U_тр.

Напряжение, поступающее из сети, можно представить в виде двух последовательно включенных источников ЭДС:

где U_вх - напряжение, поступающее от поставщика,

U_ид - требуемое напряжение, которое необходимо обеспечить на нагрузке,

U_пом - напряжение помехи или отклонение входного напряжения от требуемого.

Исходим из того, что на нагрузке необходимо обеспечить напряжение, соответствующее идеальному:

Составим уравнения по 1-му закону Кирхгофа:

где U_инв - напряжение, генерируемое инвертором;

U^I _тр - приведенное ко вторичной обмотке напряжение, генерируемое в сеть фильтрокомпенсирующим устройством;

U_пот - напряжение потерь в трансформаторе.

Для первичной обмотки трансформатора:

где U^I _инв - приведенное к первичной обмотке напряжение, генерируемое инвертором;

U^I _пот - приведенное к первичной обмотке напряжение потерь в трансформаторе.

Подставив (3) в (5):

Тогда с учетом (4) имеем:

Следовательно для обеспечения (4) необходимо выполнение следующего условия:

Тогда для первичной обмотки, с учетом потерь в трансформаторе:

Имеем:

Подставив (7) в (8)

Подставив (12) в (8)

Тогда

С учетом (4)

тогда с учетом коэффициента трансформации (2):

с учетом (3):

Таким образом (18) описывает значение напряжения дополнительного управляемого источника напряжения, которое с учетом искажений, вносимых согласующим трансформатором TV, супперируется с сетевым напряжением, поступающим от поставщика, и результирующее скорректированное напряжение подается на нагрузку. В результате, к потребителю поступает синусоидальное напряжение заданной амплитуды для случая промышленных сетей электроснабжения или напряжение заданной формы для любых других случаев.

Применение описанного способа вычисления компенсирующего воздействия позволяет скомпенсировать искажения напряжения, вносимые трансформатором.

Описанный способ регулирования сетевого напряжения может быть реализован, например, следующим образом. Напряжения U_тр и U_вх снимаются с датчиков напряжения и поступают в вышеперечисленный модуль, где хранится информация о значении коэффициента трансформации и величине (идеального) требуемого напряжения. Система управления по (18) вычисляет напряжение управляемого источника напряжения, в роли которого может выступать например мостовой инвертор напряжения, вторичная обмотка которого включается последовательно с питающей сетью. Сумма напряжения сети и напряжения вторичной обмотки трансформатора поступает на нагрузку.

Способ управления формой кривой питающего напряжения с учетом потерь в трансформаторе, заключающийся в том, что измеряют выходное напряжение активного фильтра, формируют эталонный сигнал синусоидальный формы с частотой, равной частоте основной гармоники выходного напряжения, и формируют управляющий сигнал путем вычитания эталонного сигнала из выходного напряжения активного фильтра, который усиливают и суммируют с входным напряжением активного фильтра, отличающийся тем, что для получения требуемой формы напряжения на выходе фильтра требуемый эталонный сигнал задают заранее, а для учета искажений, вносимых согласующим трансформатором, входящим в состав последовательного активного фильтра, дополнительно измеряют напряжение на выходах согласующего трансформатора и вычисляют напряжение компенсационного воздействия как произведение коэффициента трансформации согласующего трансформатора на разность суммы входного напряжения и удвоенного напряжения на трансформаторе и требуемого напряжения на нагрузке, заданного предварительно.