Система стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи



Система стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи
Система стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи
Система стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи
Система стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи
Система стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи
Система стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи

 


Владельцы патента RU 2520311:

МЕНЬШИХ Олег Фёдорович (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано преимущественно в сельской местности и в садоводческих товариществах при использовании трансформаторных подстанций (ТП) относительно небольшой мощности. Система стабилизации напряжения содержит трансформаторную подстанцию и воздушную линию электропередачи с ответвлениями электроэнергии, три независимо работающих устройства вольт-добавки на каждой из фаз линии, установленные на конце последней, устройство вольт-добавки выполнено в виде мостовой схемы, две параллельно включенные между собой ветви которой состоят из последовательно соединенных накопительной LC-линии задержки и двунаправленного транзисторного коммутатора, в диагонали мостовой схемы установлен симистор, накопительные LC-линии задержки ветвей мостовой схемы соответственно подключены к фазному и нулевому проводникам, Технический результат - выравнивание напряжения сети по всей длине линии электропередачи при изменяющейся нагрузке подключаемых к ней абонентов.

Заявляемое техническое решение может найти широкое распространение и для индивидуального использования абонентами в условиях сильно варьируемого сетевого напряжения.1з.п.ф-лы, 6ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано преимущественно в сельской местности и в садоводческих товариществах при использовании трансформаторных подстанций (ТП) относительно небольшой мощности (порядка 100…150 кВт) и при значительной протяженности нагруженных воздушных линий электропередачи (ВЛ-0,4 кВ), к концу которых напряжение падает до недопустимых величин - до 170 В и ниже при допустимой величине не хуже 200 В.

Известны способы противодействия снижению напряжения сети в конце достаточно сильно электрически нагруженных линий электропередачи повышением сечения проводников ВЛ-0,4 кВ, что увеличивает стоимость таких линий, и увеличением напряжения с выхода ТП до недопустимо больших величин (например, более 230 В).

Эти недостатки известных приемов выравнивания напряжения вдоль линии электропередачи устранены в заявляемом техническом решении.

Целью изобретения является выравнивание напряжения сети по всей длине линии электропередачи при изменяющейся нагрузке подключаемых к ней абонентов.

Указанная цель достигается в заявляемой системе стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи, содержащей трансформаторную подстанцию и воздушную линию электропередачи с ответвлениями электроэнергии для снабжения абонентов, отличающейся тем, что она включает три независимо работающих устройства вольт-добавки по каждой из фаз трехфазной линии электропередачи, установленные на конце последней, устройство вольт-добавки выполнено в виде мостовой схемы, две параллельно включенные между собой ветви которой состоят из последовательно соединенных накопительной LC-линии задержки и двунаправленного транзисторного коммутатора, в диагонали мостовой схемы установлен симистор, накопительные LC-линии задержки ветвей мостовой схемы соответственно подключены к фазному и нулевому проводникам линии электропередачи, двунаправленные транзисторные коммутаторы представляют собой пару транзисторов одного типа проводимости, например, n-р-n, со встречно параллельно соединенными переходами «коллектор-эмиттер», полная емкость каждой накопительной LC-линии задержки с временем задержки порядка 2 мс выбрана согласованной с наибольшей потребляемой мощностью абонентами линии электропередачи, а управление зарядом конденсаторов накопительных LC-линий задержки в первой и третьей четвертях периодов напряжения сети и их разряда во второй и четвертой четвертях периодов напряжения сети осуществлено от синхронизируемого напряжением данной фазы блока управления транзисторами и симистором, причем изменение времени заряда конденсаторов накопительных LC-линий задержки в процессе стабилизации напряжения сети при изменяющейся нагрузке подключенных к ней абонентов осуществлено действием статической системы авторегулирования (с ненулевой остаточной ошибкой), включающей ждущий мультивибратор заряжающих импульсов с переменной их длительностью в пределах τЗАР=1…5 мс, управляемый полевым транзистором в качестве переменного резистора под действием приложенного к его переходу «затвор-исток» постоянного напряжения, пропорционального действующему в сети напряжению, кроме того, включение симистора во второй и четвертой четвертях периодов напряжения сети, при котором конденсаторы обеих накопительных LC-линий задержки включаются последовательно к фазному и нулевому проводникам сети, образует разрядный ток обратно в сеть, компенсируя тем самым энергетические потери в линии электропередачи.

При этом блок управления транзисторами и симистором включает синхронизируемые сетевым напряжением по данной фазе генератор импульсов включения в первой и третьей четвертях периодов сетевого напряжения соответствующих пар транзисторов в ветвях мостовой схемы с регулируемой длительностью, снабженный для его управления выпрямителем сетевого переменного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора, последовательно включенным опорным стабилитроном, фильтром нижних частот и регулируемым делителем постоянного управляющего напряжения, а также генератор запускающих импульсов включения симистора во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения.

Достижение указанной цели изобретения объясняется периодическими зарядами и перезарядами параллельно включаемых накопительных LC-линий задержки от пониженного к концу линии электропередачи сетевого напряжения в его первой и третьей четвертях периодов и к разряду и переразряду этих последовательно включаемых накопительных LC-линий задержки обратно в сеть во второй и четвертой четвертях периодов, при котором повышается средне-действующее напряжение сети по всей длине линии электропередачи, но при некотором искажении симметрии формы этого напряжения (отличающейся от гармонической) при выполнении условия согласования энергетических параметров используемых накопительных LC-линий задержки (емкости конденсаторов) с наибольшей возможной мощностью потребления электроэнергии абонентами данной линии электропередачи. Использование элементов автоматики позволяет стабилизировать напряжение сети при изменяющейся нагрузке, создаваемой абонентами, подключенными к данной линии электропередачи. Принципиально важно то, что подключение заявляемой системы стабилизации осуществлено в конце линии электропередачи, что в достаточной мере эквивалентно установке виртуальной трансформаторной подстанции в конце линии электропередачи, питаемой от реально существующей трансформаторной подстанции, расположенной в начале этой линии.

Заявляемая система стабилизации напряжения сети поясняется прилагаемыми рисунками. На рис.1 дана схема соединений ТП, ВЛ-0,4 кВ с нагружающими ее абонентами и трех параллельно и независимо работающих устройств вольт-добавки УВ-1 (2, 3) при наличии всех трех фаз в линии электропередачи Число устройств УВ определяется числом работающих фаз на конце линии электропередачи (если не все три фазы проложены до конца линии электропередачи).

На рис.1 представлены:

1 - трансформаторная подстанция (ТП), преобразующая трехфазный ток с напряжением 10 кВ в ток с напряжением 220 В по каждой из трех фаз и связанная по четырехпроводной (пятипроводной в случае обеспечения уличного освещения) воздушной линии ВЛ-0,4 кВ с ответвлениями;

2 - абонентская структура вдоль ВЛ-0,4 кВ,

3 - устройство вольт-добавки УВ-1 (2, 3) для каждой из фаз А, В и С линии ВЛ.0,4 кВ.

На рис.2 приведена схема устройства вольт-добавки, например, по фазе А, содержащая следующие элементы и блоки:

4 - первую накопительную LC-линию задержки на 2 мс,

5 - первый двунаправленный транзисторный коммутатор,

6 - второй двунаправленный транзисторный коммутатор,

7 - вторую накопительную LC-линию задержки на 2 мс,

8 - симистор, включенный в диагонали мостовой схемы,

9 - блок управления транзисторами и симистором.

На рис.3 представлена функциональная схема блока 9 управления транзисторами и симистором, содержащая следующие элементы и модули:

10 - первый регулируемый делитель напряжения сети по фазе А,

11 - первый компаратор с логическими уровнями «0» и «1» на выходе,

12 - первый инвертор,

13 - первую трехвходовую схему совпадения (3И-НЕ),

14 - двухзвенную фазосдвигающую RC-цепочку, регулируемую по сдвигу фазы переменного напряжения сети на 90±5°,

15 - второй регулируемый делитель напряжения сети по фазе А,

16 - второй компаратор с логическими уровнями «0» и «1» на выходе,

17 - второй инвертор,

18 - вторую трехвходовую схему совпадения (3И-НЕ),

19 - первый импульсный усилитель мощности,

20 - первый трансформаторный каскад связи с включаемыми транзисторами мостовой схемы в первой четверти периодов сетевого напряжения,

21 - второй импульсный усилитель мощности,

22 - второй трансформаторный каскад связи с включаемыми транзисторами мостовой схемы в третьей четверти периодов сетевого напряжения,

23 - первый суммирующий формирователь коротких импульсов, привязанных по времени к началам первой и третьей четвертей периодов сетевого напряжения,

24 - формирователь импульсов запуска (включения) симистора 8,

25 - второй суммирующий формирователь коротких импульсов, привязанных по времени к началам второй и четвертой четвертям периодов сетевого напряжения,

26 - формирователь импульсов сдвига ΔtСДВ=0,2 мс,

27 - формирователь коротких импульсов, привязанных по времени к спаду импульсов сдвига,

28 - формирователь импульсов запуска симистора с длительностью τЗАП=1…2 мс,

29 - третий импульсный усилитель мощности,

30 - третий трансформаторный каскад связи с управляющим переходом симистора 8 во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения,

31 - вторичный источник питания (ВИП) с выходными стабилизируемыми напряжениями -6 В, +5 В и +15 В.

Связи блока 9 с элементами мостовой схемы указаны на рис.2 и 3 строчными буквами русского алфавита.

На рис.4 представлены временные диаграммы сигналов в различных точках блока управления транзисторами и симистором, а именно:

4а - на выходе первого компаратора 11 - сигнал А,

4б - на выходе второго компаратора 16 - сигнал В, _

4в - на выходе первой трехвходовой схемы совпадения 13 - сигнал А*В,

4г - на выходе второй трехвходовой схемы совпадения 18 - сигнал А*В,

4д - на выходе первого инвертора 12 - сигнал А,

4е - на выходе второго инвертора 17 - сигнал В,

4ж - на выходе второго суммирующего формирователя 25,

4з - на выходе формирователя 28 запускающих импульсов симистора 8,

4и - эпюра сетевого напряжения uc(t) при работающей системе стабилизации,

4к - эпюра фазного тока iФ(t) (прямого и обратного, ориентировочная).

На эпюре 4 и амплитуда сетевого напряжения в конце линии электропередачи с включенным устройством вольт-добавки к концу первой и третьей четвертей периодов сетевого напряжения достигает величины UО<1,41*220=310 В, а во второй и четвертой четвертях периодов дополнительно возрастает на величину ΔU, так что UО+ΔU=2U*>>1,41*220=310 В.

На рис.5 дана схема формирования импульса запуска симистора - совокупности модулей 25-28, включающая пару формирователей коротких импульсов длительностью ΔtКИ=10 мкс от фронтов импульсов, поступающих с выходов модулей 16 и 17, логический аналог схемы «2ИЛИ» на элементах «2И-НЕ», генератор импульсов сдвига ΔtСДВ=0,2 мс, дополнительный формирователь коротких импульсов длительностью ΔtКИ=10 мкс и генератор импульсов запуска симистора длительностью τЗАП=1…2 мс. Общий сдвиг фронта этих импульсов запуска симистора от начал второй и четвертой четвертей периодов сетевого напряжения составляет величину 2ΔtКИ+Δ1СДВ=0,02+0,2 мс≈ΔtСДВ.

На рис.6 приведена схема связанных модулей 23 и 24, содержащая пару формирователей коротких импульсов длительностью ΔtКИ=10 мкс, привязанных по времени к фронтам импульсов, образующихся на выходах первого 11 и второго 16 компараторов логических уровней «0» и «1», суммирующий модуль с инверсией, на выходе которого образуются импульсы, привязанные к началам первой и третьей четвертей периодов сетевого напряжения, ждущий мультивибратор с регулируемой длительностью заряжающих импульсов τЗАР=1…5 мс с время-задающей RC-цепью, резистор которой выполнен на основе использования полевого транзистора с его управлением постоянным напряжением, пропорциональным сетевому средне-действующему за полный период напряжению сети, при получении этого управляющего постоянного напряжения путем двухполупериодного выпрямления переменного напряжения с понижающей обмотки трансформатора, подключенного к сети, вычитания фиксированного напряжения, фильтрации выпрямленного напряжения в двухзвенном фильтре нижних частот и подстройки управляющего напряжения резистивным делителем с учетом выбранного значения емкости конденсатора время-задающей RC-цепи ждущего мультивибратора. В качестве ждущего мультивибратора может быть использована интегральная микросхема типа КР1006ВИ1, а в качестве автоматически регулируемого напряжением резистора время-задающей RC-цепи ждущего мультивибратора может быть использован полевой транзистор КП350А с напряжением управления «затвор-исток» в диапазоне uУПР=0,8…1,5 В при изменении действующего значения напряжения сети для первой и третьей четвертей периодов напряжения сети в диапазоне 170…220 В или, что то же, при изменении средне-действующего напряжения сети в результате производимой его стабилизации в пределах 218…222 В.

Рассмотрим действие заявляемой системы стабилизации напряжения сети на примере работы устройства вольт-добавки, схема которого показана на рис.2, по одной какой - либо фазе ВЛ-0,4 кВ, например, по фазе А. Схемы УВ-2 и УВ-3, подключенные соответственно к фазам В и С сети конструктивно аналогичны схеме УВ-1.

Будем полагать, что в течение первой четверти периода сетевого напряжения ток втекает по фазе А и вытекает по нулевому проводнику, а в третьей четверти периода, наоборот, втекает по нулевому проводнику и вытекает по фазному. Заряд конденсаторов накопительных LC-линий задержки 4 и 7, параллельно включенных к сети, происходит в первой четверти периода благодаря открытым переходам «коллектор-эмиттер» верхних по схеме транзисторов n-р-n - типа в составе двунаправленных транзисторных коммутаторов 5 и 6. При времени задержки в многозвенных накопительных LC-линиях задержки порядка 2 мс к концу первой четверти периода напряжение на всех конденсаторах указанных линий 4 и 7 достигает некоторой величины U*≤UO в зависимости от длительности открытого состояния указанных транзисторов в двух ветвях мостовой схемы, где UO - амплитудное значение сетевого напряжения для рассматриваемой первой четверти периода.

Например, при действующем значении напряжении сети для указанного временного диапазона в 170 В (с учетом нагруженности линии электропередачи) UО=1,41*170≈240 В. Это напряжение U*=UО при условии, что коммутирующие заряд транзисторы остаются открытыми в течение всей четверти периода, когда длительность импульсов, открывающих соответствующие транзисторы, равна τЗАР=5 мс. При минимальной длительности этих импульсов (порядка 1 мс) конденсаторы не успевают зарядиться до напряжения UО.

В начале второй четверти периода с некоторой задержкой Δtсдв=0,2 мс, необходимой для обеспечения надежного закрытия всех транзисторов мостовой схемы, в частности, указанных выше транзисторов, открытых в первой четверти периода, открывается симистор 8, которым обе накопительные LC-линии задержки 4 и 7 включаются последовательно, и к фазному и нулевому проводникам сети прикладывается удвоенное напряжение заряженных конденсаторов 2U*, в результате которого разрядный ток с этих конденсаторов действует в обратном направлении, повышая амплитуду напряжения в сети в этот интервал времени (около 4 мс) на величину ΔU дополнительно к амплитуде UО, как это показано на рис.4и. Разряд конденсаторов заканчивается, и симистор 8 автоматически закрывается при соответствующем протекающем через него минимальном токе в соответствии с физикой работы симисторов (как и тиристоров). Причем симистор 8 закрывается несколько раньше конца второй четверти периода на время ΔtЗАКР, как это показано на рис.4и, то есть до открытия соответствующих пар транзисторов мостовой схемы.

В начале третьей четверти периода происходит перезаряд конденсаторов накопительных LC-линий задержки 4 и 7 от действующего в сети пониженного напряжения с амплитудой - UО при открытых нижних по схеме транзисторах двунаправленных транзисторных коммутаторов 5 и 6. При этом напряжение на этих конденсаторах достигает величины - U*, как и в случае их заряда в первой четверти периода, но с обратным знаком.

В начале четвертой четверти периода с некоторой задержкой ΔtСДВ=0,2 мс снова открывается симистор 8, и удвоенное напряжение - 2U* прикладывается к проводникам сети, как это видно из рис.4и. После завершения разряда этих конденсаторов в сеть симистор 8 автоматически закрывается.

Во всех других периодах указанные процессы заряда-перезаряда и разряда-переразряда накопительных LC-линий задержки 4 и 7 повторяется.

Наличие амплитудной вольт-добавки ΔU, действующей во второй и четвертой четвертях периодов, компенсирует недостаточную для пользователей электроэнергии амплитуду UО. действующую в первой и третьей четвертях периодов. При этом искаженная от гармонической форма напряжения имеет средне-действующее значение UCP большее, чем UO/1,41, но меньшее, чем (UO+ΔU)/1,41, то есть приближенное к значению 220 В. Неравенство UO/1,41<UCP<(UO+ΔU)/1,41 отражает сущность действия заявляемого технического решения. Точное значение величины UCP находится достаточно сложно путем усреднения по времени полупериода Т/2 мгновенного значения uC(t) в интеграле вида:

причем uC(t) имеет достаточно сложную структуру в ее аналитическом представлении как функции времени. Пиковое значение этого напряжения составляет 2U*=480…490 В.

Наличие квазиплоской вершины в эпюре рис.4и для напряжения разряда конденсаторов накопительных LC-линий задержки (во второй и четвертой четвертях периодов) обусловлено физикой действия многозвенных накопительных LC-линий задержки, затягивающих процесс разряда и поддерживающих выходное напряжение практически неизменным в течение всего времени задержки (в данном случае в течение 4 мс, поскольку обе линии при их разряде включены последовательно). При использовании только конденсаторов, вместо LC-линий задержки, с той же энергетикой заряженных конденсаторов, их разряд был бы экспоненциальным и с очень большим начальным током разряда, могущим быть опасным для целостности используемого симистора. Кроме того, при этом возник бы повышенный уровень помех. Эти обстоятельства оправдывают применение именно многозвенных накопительных LC-линий задержки, вместо одних только конденсаторов в мостовых схемах построения вольт-добавки.

Значение протекающего фазного тока при работе УВ-1 показано ориентировочной эпюрой на рис.4к. Видно, в частности, что во второй и четвертой четвертях периода направление тока фазы изменяется на противоположное по сравнению с токами для обычных активных нагрузок абонентов, что и указывает на подпитку линии электропередачи действием устройства вольт-добавки УВ-1.

Отметим, что искажение формы напряжения и тока в сети при работе заявляемого устройства не оказывает практически какого-либо негативного действия на бытовые приборы абонентов - телевизоры, холодильники, приборы освещения и электроотопления. Более сложная техника абонентов, например, компьютеры, также защищены от действия возникающих низкочастотных помех, поскольку в составе этих приборов имеются соответствующие фильтры.

Рассмотрим теперь работу блока управления транзисторами и симистором, функциональная схема которого дана на рис.3 и поясняется временными диаграммами на рис.4.

В задачу этого блока входит диспетчеризация процессов открытия и закрытия транзисторов и симистора мостовой схемы (рис.2) в нужные моменты времени в течение каждого периода сетевого напряжения длительностью Т=20 мс (при частоте сети 50 Гц). Последнее определяет необходимость синхронизации этого процесса сетевым напряжением по выбранной фазе. Опорными временными точками для работы блока являются начальная фаза переменного напряжения с фазой φ=0 и с фазой φ=π/2. Первая опорная точка с фазой φ=0 используется в блоке непосредственно, а вторая требует сдвига фазы сетевого напряжения для рассматриваемой фазы А на угол φ=90°. Последнее достигается с помощью регулируемой двухзвенной RC-цепочки 14, подключенной к фазному проводнику (б) сети. После соответствующих регулируемых делителей напряжения 10 и 15 переменные напряжения с разностью фаз между ними на π/2 воздействуют на первый 11 и второй 16 компараторы, на выходе которых образуются меандровые последовательности логических уровней «0» и «1» показанных соответственно на рис.4а и 46, обозначаемые как логические сигналы А и В. На выходе первого 12 и второго 17 инверторов возникают логические сигналы А и В, показанные на рис.4д и 4е. Из комбинации этих четырех типов сигналов можно выделить импульсы управления транзисторами и симистором в нужные моменты времени и с требуемой длительностью в каждом периоде.

Так, для получения импульсов открывания соответствующих пар транзисторов в первой и третьей четвертях периода используются логические операции А*В и А*В, выполняемые с помощью логических схем «3И-НЕ» 13 и 18, связанных с логическими элементами соответственно 11 и 17, а также 12 и 16. При этом регулировка длительности этих импульсов τЗАР, определяющих длительность заряда конденсаторов накопительных LC-линий задержки 4 и 7, осуществляется по третьим входам логических элементов 13 и 18 от управляемого ждущего мультивибратора в составе модуля 24, запускаемого короткими импульсами, по времени привязанными к началам первой и третьей четвертей периода. Формирование этих импульсов заряда показано соответственно на рис.4в и 4г с указанием для простоты только выполняемых логических операций А*В и А*В, то есть без указания на конъюнкцию с сигналом управления длительностью этих импульсов (последнее показано стрелками у спадов этих импульсов). Усиленные по мощности в модулях 19 и 21 и развязанные электрически раздельными парами выходных обмоток трансформаторов 20 и 22 импульсы открывания транзисторов воздействуют на их соответствующие переходы «база-эмиттер», как это видно на рис.2 и рис.3 (связи обозначены строчными буквами русского алфавита).

Формирование импульсов запуска симистора (моментов его открытия) осуществляется модулями 25-28 с последующим усилением полученных импульсов запуска в модуле 29 с трансформаторным выходом 30, вторичная обмотка которого связана с управляющим переходом симистора 8. На рис.5 дана схема формирования импульсов запуска симистора. Поскольку эта схема формирует импульсы, привязанные по времени к началам второй и четвертой четвертей периода с некоторой временной задержкой ΔtСДВ≈0,2 мс для обеспечения надежного закрытия всех транзисторов мостовой схемы к моменту открытия симистора 8, то в состав схемы входят последовательно соединенные второй суммирующий формирователь коротких импульсов 25, привязанных по времени к началам второй и четвертой четвертям периодов сетевого напряжения, из двух формирователей (работающих от выходов элементов 16 и 17) коротких импульсов, привязанных по времени к началам второй и четвертой четвертям периодов сетевого напряжения, с суммирующим устройством, формирователь 26 импульсов сдвига ΔtСДВ=0,2 мс, дополнительный формирователь 27 коротких импульсов, привязанных по времени к спаду импульсов сдвига, и формирователь 28 импульсов запуска симистора с длительностью τЗАП=1…2 мс. Открытый этими импульсами симистор продолжает находиться в проводящем состоянии с весьма малым сопротивлением (десятые и сотые доли Ома в зависимости от типа сильноточного симистора) до тех пор, пока ток через него не достигнет минимального паспортного уровня.

Наконец, следует рассмотреть вопрос регулировки длительности импульсов заряда τЗАР=1…5 мс. Соответствующая схема модулей 23 и 24 представлена на рис.б и включает два суммируемых канала формирования коротких импульсов (порядка 10 мкс), привязанных по времени к началам первой и третьей четвертей периода, которыми запускается ждущий мультивибратор на микросхеме КР1006ВИ1 с время-задаю щей RC-цепью, резистором которой является переход «сток-исток» полевого транзистора КП350А (могут также использоваться и другие полевые транзисторы). Выход ждущего мультивибратора с соответствующими логическими уровнями соединен с третьими входами схем совпадения 13 и 18, что и определяет длительность заряжающих импульсов τЗАР, поступающих электрически раздельно на соответствующие пары транзисторов мостовой схемы. Для изменения величины сопротивления перехода «сток-исток» полевого транзистора на его управляющий переход «затвор-исток» подается постоянное напряжение, величина которого изменяется, например, в диапазоне 0,8…1,5 В, при изменении средне-действующего напряжения в сети UСР, вследствие изменения действующего напряжения сети в первой и третьей четвертях периода в диапазоне 170…220 В. Управляющее напряжение полевого транзистора образуется выпрямлением напряжения с вторичной обмотки трансформатора, вычитанием из него напряжения фиксированной величины, определяемой работой стабилитрона G, его фильтрацией и соответствующим регулированием с помощью делителя. При этом имеется в виду, что трансформатор работает от сети, средне-действующее напряжение в которой UСР изменяется в значительно меньшем диапазоне, чем изменение напряжения сети нагруженной линии электропередачи в первой и третьей четвертях периода (от 170 до 220 В), например, только в пределах 218…222 В. Следовательно, коэффициент стабилизации системы автоматического регулирования определяется как КСТ=(220-170)/(222-218)=12,5. Требуемая стабилизация напряжения сети достигается управлением полевого транзистора напряжением 0,8…1,5 В, то есть с относительным изменением этого напряжения 1,5/0,8=1,875, которое больше отношения 222/218=1,018, поэтому для получения требуемого относительного изменения управляющего напряжения величиной 1,875 при относительном перепаде стабилизируемого напряжения сети, равном 1,018 в схему формирования управляющего напряжения введен стабилитрон G в качестве элемента вычитания напряжения. Так, при напряжении ограничения +45,7 В в составном стабилитроне G и при пиковом напряжении на вторичной обмотке трансформатора в диапазоне 48…49 В данная задача легко выполнима. Конкретные значения управляющих напряжений подбираются регулировкой с помощью потенциометра, указанного на рис.6.

Заявляемая схема является статической системой авторегулирования (CAP) с ненулевой остаточной ошибкой регулирования, именно которая используется для обеспечения самого процесса регулирования с заданным коэффициентом стабилизации. Возможно использование астатических систем авторегулирования без остаточной ошибки, когда можно поддерживать действующее значение напряжения на уровне 220 В. При этом в систему следует вводить опорный источник и схему сравнения действующего напряжения с опорным, а их разность интегрировать с учетом знака разности, создавая управляющее напряжение на затворе полевого транзистора, такое, при котором средне-действующее напряжение сети не будет отклоняться от значения 220 В. Однако, такие схемы более сложны и обладают более низким быстродействием процесса регулирования.

Рассмотрим пример использования заявляемого технического решения.

Пусть средне-статистическая наибольшая потребляемая абонентами мощность составляет РМАКС=30 кВт по каждой фазе при использовании ТП на 100 кВт по трем фазам. Тогда энергия, запасаемая в конденсаторах обеих накопительных LC-линий задержки 4 и 7 за половину периода Т/2=10 мс, когда конденсаторы этих линий заряжаются до амплитуды напряжения UO=240 В (при действующем напряжении в конце линии электропередачи, равном 170 В, в первой и третьей четвертях периодов сетевого напряжения), равна WΣМАКС Т/2=3*104*10-2=300 Дж, то есть конденсаторы в каждой накопительной LC-линии задержки запасают наибольшую требуемую энергию 150 Дж. При напряжении заряда UО=240 В такой величине энергии соответствует емкость всех конденсаторов в каждой линии задержки СΣ=WΣ/UО2=300/2402=0,0052 Ф=5200 мкФ. Будем использовать в линиях задержки конденсаторы типа К75-1 емкостью C1=200 мкФ на рабочее напряжение 400 В. Тогда в каждой линии задержки число звеньев составляет n=5200/200=26 звеньев. При общей задержке в линии, равной 2 мс задержка каждого звена составляет Δτ1=2 мс / 26=76,92 мкс. По известной формуле для времени задержки Δτ1=2π(LC)1|2 нетрудно найти величину индуктивности L1(звена, которая равна L1=(Δτ1/2π)2/C1=(76,92/6,28)2*10-12/2*10-4=75.10-8 Гн=0,75 мкГн. Такая индуктивность представляет собой однослойную обмотку провода из нескольких витков, что может быть рассчитано по формуле Нагока L=10 D N2/[i/D)+0,44], где все размеры в сантиметрах (1 см индуктивности равен 0,0009 мкГн), N - число витков обмотки, D и i - диаметр и длина намотки катушки индуктивности. Искомая индуктивность отвечает катушке из 5-и витков с соответствующим шагом между ними. Средний ток заряда в каждой линии задержки за период составляет не более 70 А. Тогда диаметр медного проводника для катушек в звеньях LC-линий при плотности тока 10 А/мм2 выбирается равным 3 мм.

В качестве транзисторов в мостовой схеме можно использовать кремниевые мощные транзисторы типа ТКД265-100-6-1 с рабочим током до 100 А и допустимым напряжением 600 В (допустимый импульсный ток не менее 150 А). В качестве симистора может быть использован симистор типа ТС-151-160 класса, не ниже восьмого (на 800 В), с рабочим током 160 А.Транзисторы и симистор охлаждаются с помощью радиаторов с площадью их поверхности S, рассчитываемой по формуле S=РРАС q, где РРАС - мощность рассеивания в транзисторе или симисторе (Вт), q - поверхностная плотность теплоизлучения (обычно принимают q=20 см2/Вт без принудительного охлаждения вентиляторами).

В линиях электропередачи, число действующих фаз в которых изменяется по длине линии, что нередко встречается на практике с целью экономии проводников ВЛ-0,4 кВ, устройства вольт-добавки на соответствующие мощности РМАКС можно устанавливать раздельно в конце каждой обрывающейся фазы (В и С) такой линии электропередачи.

Отметим особенность работы заявляемого устройства. Если электросчетчик в ТП применен старого индукционного типа с вращающимся диском, то в случае, если потребляемая абонентами мощность оказывается меньше мощности РМАКС на которую рассчитано устройство вольт-добавки, то диск электросчетчика будет вращаться в противоположном направлении, уменьшая показания расходуемой электроэнергии.

1. Система стабилизации напряжения на протяженной линии электропередачи, содержащая трансформаторную подстанцию и воздушную линию электропередачи с ответвлениями электроэнергии для снабжения абонентов, отличающаяся тем, что включает три независимо работающих устройства вольт-добавки по каждой из фаз трехфазной линии электропередачи, установленные на конце последней, устройство вольт-добавки выполнено в виде мостовой схемы, две параллельно включенные между собой ветви которой состоят из последовательно соединенных накопительной LC-линии задержки и двунаправленного транзисторного коммутатора, в диагонали мостовой схемы установлен симистор, накопительные LC-линии задержки ветвей мостовой схемы соответственно подключены к фазному и нулевому проводникам линии электропередачи, двунаправленные транзисторные коммутаторы представляют собой пару транзисторов одного типа проводимости, например, n-р-n, со встречно параллельно соединенными переходами «коллектор-эмиттер», полная емкость каждой накопительной LC-линии задержки с временем задержки порядка 2 мс выбрана согласованной с наибольшей потребляемой мощностью абонентами линии электропередачи, а управление зарядом конденсаторов накопительных LC-линий задержки в первой и третьей четвертях периодов напряжения сети и их разряда во второй и четвертой четвертях периодов напряжения сети осуществлено от синхронизируемого напряжением данной фазы блока управления транзисторами и симистором, причем изменение времени заряда конденсаторов накопительных LC-линий задержки в процессе стабилизации напряжения сети при изменяющейся нагрузке подключенных к ней абонентов осуществлено действием статической системы авторегулирования (с ненулевой остаточной ошибкой), включающей ждущий мультивибратор заряжающих импульсов с переменной их длительностью в пределах 1…5 мс, управляемый полевым транзистором в качестве переменного резистора под действием приложенного к его переходу «затвор-исток» постоянного напряжения, пропорционального действующему в сети напряжению, кроме того, включение симистора во второй и четвертой четвертях периодов напряжения сети, при котором конденсаторы обеих накопительных LC-линий задержки включаются последовательно к фазному и нулевому проводникам сети, образует разрядный ток обратно в сеть, компенсируя тем самым энергетические потери в линии электропередачи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления транзисторами и симистором включает синхронизируемые сетевым напряжением по данной фазе генератор импульсов включения в первой и третьей четвертях периодов сетевого напряжения соответствующих пар транзисторов в ветвях мостовой схемы с регулируемой длительностью, снабженный для его управления выпрямителем сетевого переменного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора, последовательно включенным опорным стабилитроном, фильтром нижних частот и регулируемым делителем постоянного управляющего напряжения, а также генератор запускающих импульсов включения симистора во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности, для управления насосными установками и может быть использовано в поочередном управлении трехфазной и однофазной нагрузками по одной четырехпроводной сети.

Использование - в области электроэнергетики. Технический результат -обеспечение возможности выявления источника возникновения синхронных колебаний.

Использование: в противоаварийной автоматике энергосистемы для предотвращения каскадных аварий, связанных с лавинообразным снижением напряжения. Технический результат - ликвидация дефицита реактивной мощности в энергорайоне и предотвращение лавинообразного понижения напряжения.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для энергопитания. .

Изобретение относится к электроэнергетике и к информационно-измерительной технике и может быть использовано для автоматического контроля и управления энергетической эффективностью потребительских энергетических систем.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к противоаварийному управлению. Технический результат заключается в решении задач распределенного контроля загрузки элементов сети сложного энергообъединения, основным для предлагаемого способа является перераспределение перетоков мощности в сложном энергообъединении с целью снижения загрузки перегруженных элементов. Для этого в заявленном способе, включающем учет взаимного влияния перетоков мощности по элементам сети путем воздействия на электрические устройства, обладающих способностью изменять свое продольное сопротивление, сложную систему разбивают на совокупность контролируемых и неконтролируемых подсистем, оказывающих минимальное взаимное влияние, при этом контроль перегрузки элементов осуществляется циклически отдельно для каждой из подсистем, автоматика каждой подсистемы контролирует текущий режим, в случае возникновения перегрузки выполняется расчет управляющих воздействий путем решения линейной задачи оптимизации, перегрузка элементов сети предотвращается путем выдачи данных управляющих воздействий на устройства, которые способны изменять свое продольное сопротивление. 3 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и эффективности защиты. Устройство включает блок контроля, вход которого подключен к току ввода секции шин распределительного устройства, первый, второй и третий таймеры с исполнительными блоками. Выход блока контроля максимального тока соединен к первому, второму и третьему таймерам, при этом выход первого таймера подключен к первому, второму, третьему исполнительным блокам и блоку сигнализации, а выход второго таймера подключен к четвертому исполнительному блоку, а выход третьего таймера подключен к четвертому исполнительному блоку, причем первый, второй и третий исполнительные блоки являются выходами первой ступени защиты от потери питания и действуют на отключение электроприводов бурового ротора, бурового насоса и системы верхнего привода, а четвертый исполнительный блок является выходом второй ступени защиты и действует на отключение электропривода буровой лебедки, при этом пятый исполнительный блок является выходом третьей ступени защиты и действует на отключение вводного выключателя секции шин распределительного устройства. 1 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - упрощение и повышение надежности способа при большом числе мест измерений сети энергоснабжения. Согласно способу каждое значение, измеренное с помощью векторного измерительного прибора, привязывается к опорному значению с образованием нормированного измеренного значения, для каждого измеренного значения предоставляется пороговое значение, указывающее порог, с которого наступает критическое состояние сети энергоснабжения на соответствующем месте измерений, каждое пороговое значение привязывается к опорному значению с образованием нормированного порогового значения, из каждого нормированного порогового значения и относящегося к нему нормированного измеренного значения определяется нормированное разностное значение, нормированные разностные значения с совпадающими временными метками подвергаются статистической оценке, из результата которой формируется функция статуса, и функция статуса индицируется в устройстве (12) центра управления сети энергоснабжения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения в составе бесщеточных систем возбуждения генераторов электроэнергетических систем. Технический результат - обеспечение контроля работоспособности устройств АРВ в составе БСВ при управлении режимами ЭЭС по данным текущей регистрации параметров режима работы генераторов и бесщеточных возбудителей в различных режимах работы. Система мониторинга указанного АРВ содержит: датчики режимных параметров генераторов и бесщеточных возбудителей; измерительные преобразователи для формирования привязанных к системе единого времени цифровых режимных параметров контролируемых генераторов; анализатор функционирования АРВ в составе БСВ генераторов электростанции с программным обеспечением для выполнения алгоритмической обработки полученных данных; выходной регистратор ЭЭС, на который поступают сигналы о состоянии указанного АРВ; датчики дискретных сигналов штатной автоматики системы возбуждения контролируемых генераторов и локальную сеть для связи измерительных преобразователей и датчиков дискретных сигналов с анализатором функционирования указанного АРВ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - определение в режиме реального времени в контролируемой точке электроэнергетической системы (ЭЭС) синхронизирующей мощности (СМ), представляющей реакцию на возникновение колебательного процесса для последующего принятия диспетчером или соответствующей автоматикой мер воздействия по устранению этих колебаний. Система включает цифровой регистратор параметров электрического режима и параметров, установленный в контролируемой точке энергосистемы; комплекс вычислительных средств и выходной регистратор, содержащий человеко-машинный интерфейс. Комплекс вычислительных средств содержит расчетно-аналитический блок, который включает блок контроля состава измерений, поступающих от цифрового регистратора параметров электрического режима и параметров работы СМ, вход которого соединен с выходом цифрового регистратора параметров электрического режима и параметров работы СМ; блок хранения проектных и экспериментальных параметров и характеристик СМ, вход которого соединен с одним из выходов блока контроля состава измерений, поступающих от цифрового регистратора параметров электрического режима и параметров работы СМ; блок расчета синхронизирующей мощности СМ на основе параметров электрического режима и параметров работы машины, входы которого соединены с одним из выходов блока контроля состава измерений, поступающих от цифрового регистратора параметров электрического режима и параметров работы СМ, и выходом блока хранения проектных и экспериментальных параметров и характеристик СМ, а выход соединен со входом выходного регистратора, содержащего человеко-машинный интерфейс и отображающего информацию о рассчитанной синхронизирующей мощности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Наверх