Устройство автоматического регулирования компенсации реактивной мощности


 


Владельцы патента RU 2459335:

Общество с ограниченной ответственностью "НИИЭФА-ЭНЕРГО" (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности работы и упрощение устройства. Устройство автоматического регулирования компенсации реактивной мощности содержит цепочку из последовательно соединенных между собой конденсаторной батареи и индуктивности, при этом конденсаторная батарея и индуктивность разделены с заданным коэффициентом деления на две части, представляющие собой основную (L1, C1) и оперативную (L2, С2) цепочки, соединенные между собой последовательно и подключенные к контактному проводу через высоковольтный выключатель, а параллельно оперативной цепочке (L2, С2) подключен биполярный коммутатор, вход блока управления которым подключен к выходу датчика напряжения контактной сети. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам электроснабжения железнодорожного транспорта с электрической тягой на переменном токе, обеспечивающим компенсацию реактивной мощности, потребляемой электровозами на частоте 50 Гц, при одновременной фильтрации высших гармонических составляющих тока, генерируемых этими электровозами.

Напряжение контактной сети должно находиться в жестких пределах. При снижении напряжения в контактной сети ниже 21 кВ отключается двигатель электровоза по защите от минимального напряжения. При напряжении выше 29 кВ происходит отключение тяговой подстанции по защите от максимального напряжения в контактной сети. Передача энергии для питания электровозов связана с потерями напряжения. Потеря напряжения на реактивной составляющей импеданса контактной сети в 6-8 раз больше потерь от активной составляющей, но они могут быть компенсированы с помощью устройств компенсации реактивной мощности. Наибольшее падение напряжения при прохождении электровоза наблюдается в середине межподстанционной зоны, где располагаются посты секционирования и где наиболее целесообразно устанавливать компенсирующее устройство. При этом именно в середине межподстанционной зоны разница напряжений в контактной сети при наличии и отсутствии электроподвижного состава особенно велика. Существует проблема поддержания этого напряжения на допустимом уровне вне зависимости от потребления энергии электровозами.

Для решения проблемы необходимо обеспечить регулирование мощности компенсирующего устройства в зависимости от напряжения в контактной сети и соответственно от загрузки участка железной дороги электроподвижным составом.

Известны устройства компенсации реактивной мощности со ступенчатым регулированием [рис.12а, б, в, г], содержащие конденсаторно-реакторные группы, переключаемые по заданному алгоритму посредством сильноточных и высоковольтных коммутирующих аппаратов (вакуумных или масляных). Эти схемы целесообразно использовать при ограниченном числе переключений (не более 1÷2 раз в сутки) по причине ограниченного ресурса коммутирующих аппаратов (например в ночной минимум нагрузки системы, при сезонных изменениях нагрузки, при техническом обслуживании и т.п.).

Наиболее близким по постановке задачи и сущности к заявляемому объекту является регулируемое устройство компенсации реактивной мощности [2], содержащее согласующий трансформатор напряжения, ряд параллельно включенных цепочек, состоящих из последовательно включенных конденсаторных батарей, реакторов и биполярных электронных ключей, управление которыми осуществляет контроллер управления по заданному алгоритму в функции изменения реактивной нагрузки в сети. В зависимости от величины реактивной мощности, потребляемой в сети в данный момент времени, контроллер управления подключает с помощью электронных ключей необходимое число конденсаторно-реакторных групп для полной компенсации реактивной мощности. Такие устройства типа «Эквалайзер» применяются на железнодорожном транспорте в Турции. Недостатком этих устройств применительно к использованию на российских железных дорогах является использование согласующего трансформатора напряжения, рассчитанного на полную компенсируемую реактивную мощность, что в значительной степени удорожает стоимость компенсирующего устройства (примерно в 2 раза). К другим недостаткам можно отнести достаточную сложность, а значит, и невысокую надежность в связи с наличием большого количества силового оборудования, электронных коммутаторов и схем управления к ним.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание автоматического устройства компенсации реактивной мощности, позволяющего автоматически регулировать мощность компенсирующего устройства в зависимости от напряжения контактной сети и таким образом поддерживать напряжение контактной сети в нужном диапазоне (21 кВ<U<29 кВ). Дополнительными задачами предлагаемой схемы можно считать минимизацию установленной мощности силового конденсаторно-реакторного оборудования при максимальном использовании этой мощности, применение в оперативной части переключения конденсаторно-реакторного оборудования электронного коммутирующего устройства (тиристорного ключа), имеющего неограниченный ресурс работы, а также упрощение управления (а значит, и повышение надежности) переключением конденсаторно-реакторного оборудования.

Схема предлагаемого автоматического устройства регулирования компенсации реактивной мощности представлена на рис.1.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве индуктивность и конденсаторная батарея разделены на две части в заданных расчетами пропорциях. Верхняя часть индуктивности L1 и верхняя часть конденсаторной батареи (емкость С1) рассчитаны как основная часть компенсирующего устройства, работающая постоянно независимо от места нахождения электропоезда на линии, и подключена постоянно к контактному проводу 1 высоковольтным выключателем В1. Нижняя часть индуктивности L2 и нижняя часть конденсаторной батареи (емкость С2) рассчитаны как оперативная часть компенсирующего устройства, которая шунтируется ключом 4 при прохождении электропоездом данного участка ж/д пути.

Включение и отключение схемы (рис.1) осуществляется по стандартному алгоритму (обеспечивающему защиту конденсаторной батареи С от перенапряжения в переходном режиме) с использованием демпфирующего резистора R и высоковольтных выключателей (вакуумных или масляных) B1, B2.

Параллельно оперативной части компенсирующего устройства (L2, C2) подключен биполярный коммутатор 2, посредством которого осуществляется регулирование мощности компенсирующего устройства. Коммутатор 2 выполнен в виде биполярного тиристорного ключа.

Блок управления 3, соединенный по входу с выходом датчика напряжения 4, осуществляет включение-отключение тиристорного ключа 2.

Регулирование мощности устройства компенсации происходит следующим образом. В исходном положении (при включенном выключателе B1) тиристорный ключ 2 разомкнут. При приближении электропоезда к месту установки компенсирующего устройства напряжение контактной сети снижается, и датчик напряжения 4 через блок управления 3 дает команду на замыкание ключа 2. Тиристорный ключ 2 шунтирует оперативную часть устройства компенсации (L2, C2), что приводит к возрастанию суммарной емкости и уменьшению суммарной индуктивности устройства компенсации. Мощность устройства компенсации при этом возрастает за счет уменьшения импеданса. Уменьшение импеданса устройства компенсации приводит к возрастанию тока и увеличению мощности устройства компенсации. При удалении электропоезда от места установки устройства компенсации напряжение контактной сети повышается и датчик напряжения 4 через блок управления 3 дает команду на размыкание ключа 2 (путем снятия импульсов управления тиристорами биполярного ключа). Биполярный тиристорный ключ 2 размыкается в момент, когда ток через него меняет направление (равен нулю). Напряжение на биполярном тиристорном ключе определяется коэффициентом деления индуктивно-емкостного делителя, образованного элементами L1, C1 и L2, C2. Максимальное напряжение на нижнем плече этого делителя L2, C2 не превышает значения 10 кВ. На это напряжение подбираются тиристоры биполярного ключа.

Разделение конденсаторно-реакторного оборудования на основное и оперативное, с биполярным тиристорным ключом, предлагаемое изобретением представляет возможность решать поставленную задачу автоматического регулирования компенсации реактивной мощности в зависимости от напряжения контактной сети. При этом в режиме компенсации реактивной мощности при пониженном напряжении контактной сети, за счет дискретного переключения параметров L-C резонансного контура биполярным тиристорным ключом, эффективность компенсирующего устройства увеличивается в оптимальном режиме до 70%. Это является основным техническим результатом предлагаемого изобретения.

Дополнительно к этому электронный коммутатор (биполярный тиристорный ключ), используемый в оперативной части схемы, решает проблему ресурса работы (как неограниченный).

Литература

1. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1983 г. (стр.25, рис.12).

2. «Elspec Ltd.» Использование специализированных систем компенсации реактивной энергии на электрифицированном железнодорожном транспорте, http://esco-escosys.narod.ru Электронный журнал «Эско», №7, 2005 г.

1. Устройство автоматического регулирования компенсации реактивной мощности, содержащее цепочку последовательно соединенных между собой конденсаторной батареи и индуктивности, отличающееся тем, что и конденсаторная батарея и индуктивность разделены с заданным коэффициентом деления на две части, представляющие собой основную (L1, С1) и оперативную (L2, С2) цепочки, соединенные между собой последовательно и подключенные к контактному проводу через высоковольтный выключатель, а параллельно оперативной цепочке (L2, С2) подключен биполярный коммутатор, вход блока управления которым подключен к выходу датчика напряжения контактной сети.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве биполярного коммутатора использован биполярный тиристорный ключ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в агрегатах бесперебойного питания, используемых, в частности, в ветроэнергетике. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для стабилизации частоты и напряжения автономных синхронных генераторов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве плавно регулируемого статического компенсатора реактивной мощности для повышения пропускной способности электрических сетей, снижения потерь мощности

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам подавления и компенсации высших гармоник в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности. Технический результат заключается в снижении коэффициента искажения синусоидальной формы кривых тока и напряжения сети при наличии нелинейной нагрузки, режим которой связан с динамическим изменением потребляемого несинусоидального тока, повышении коэффициента мощности сети по основной составляющей. Для этого заявленное устройство содержит инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом контроллер системы управления снабжен датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации и регулятором напряжения накопительного конденсатора, драйверами управления силовыми ключами инвертора, устройство снабжено фазовым преобразователем сетевых токов, фазовым преобразователем опорных токов и блоком формирования напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления реактивной мощностью в системах питания таких устройств, как землеройные машины различного типа, используемые для добычи полезных ископаемых. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей, повышение коэффициента мощности и качества электроэнергии. Определенные примерные варианты осуществления могут обеспечить систему, машину, устройство, изготовление, схему и/или пользовательский интерфейс, приспособленные для, и/или способ и/или машиночитаемый носитель, содержащий машино-реализуемые инструкции для действий, которые могут содержать, посредством предопределенного информационного устройства, для предопределенной землеройной машины, содержащей множество активных входных каскадов, причем каждый активный входной каскад электрически связан с сетью АС электропитания упомянутой землеройной машины, каждый активный входной каскад приспособлен, чтобы обеспечивать DC мощность в DC шину, упомянутая DC шина электрически связана с множеством инверторов, каждый инвертор приспособлен для подачи АС мощности на по меньшей мере один работающий двигатель, независимым образом управление реактивной мощностью, формируемой каждым активным входным каскадом.2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в линиях постоянного тока высокого напряжения, к которой через автономный преобразователь подключена сеть переменного тока. Технический результат - повышение надежности устранения неисправности в линии постоянного тока высокого напряжения. Для того чтобы иметь возможность устранять неисправность в линии (19) постоянного тока высокого напряжения с сетью (17) переменного напряжения, подключенной через автономный преобразователь (1) переменного тока, надежно со сравнительно невысокими затратами посредством управления по меньшей мере одним Н-мостовым подмодулем (36, 37, 38; 39, 40, 41) в фазных ветвях (4, 5, 6; 7, 8, 9) выполненного в модульной конструкции преобразователя (1) переменного тока при формировании противоположного напряжения относительно напряжения на электрической дуге, ток короткого замыкания, протекающий в случае неисправности, снижается. Изобретение также относится к установке для передачи электрического тока через линию постоянного тока высокого напряжения и к преобразователю переменного тока. 3 н.п. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам электроснабжения на основе силовой преобразовательной техники, питающим удаленные потребители электрической энергии. Технический результат - создание возможности эффективного электроснабжения удаленных потребителей электрической энергии по линии электропередачи переменного тока с большими величинами активного и индуктивного сопротивлений. В компенсированной системе электроснабжения удаленных потребителей электрической энергии, содержащей питающую сеть в виде источника трехфазного переменного напряжения и трехфазной ЛЭП с подключенными в конце линии p-фазными выпрямителями, к выходным выводам которых подключены потребители электрической энергии, на входе p-фазных выпрямителей дополнительно включен параллельный пассивный фильтр канонических гармоник, а трехфазная ЛЭП рассечена и в рассечки включены дополнительно введенные трехфазные трансформаторные корректирующие устройства (ТТКУ), каждое из которых содержит выполненные на самостоятельных магнитопроводах регулировочный и компенсационный трехфазные трансформаторы, первичная трехфазная обмотка регулировочного трансформатора, содержащая в каждой фазе основную часть и регулировочную часть с отпайками, концами фазных обмоток подключена пофазно к началам цепочек, состоящих из последовательно соединенных первичных фазных обмоток компенсационного трансформатора и фазных конденсаторных батарей и концами подключенных к одной из отпаек регулировочной части фазной обмотки первичной трехфазной обмотки регулировочного трансформатора, причем начала фазных обмоток первичной трехфазной обмотки регулировочного трансформатора подключены к линии электропередачи пофазно до ее рассечки, а включенные пофазно последовательно трехфазные вторичные обмотки регулировочного и компенсационного трансформаторов подключены к линии электропередачи пофазно после ее рассечки. ТТКУ включаются либо в начале ЛЭП, либо в ее промежуточной точке, либо в конце ЛЭП, либо в начале и конце ЛЭП. Изобретение может быть использовано для питания удаленных потребителей электрической энергии переменного тока, например, в качестве систем электроснабжения буровых установок нефтегазодобывающего комплекса. 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх