Устройство для уменьшения потерь при трансформации напряжения

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности, расширение диапазона рабочих напряжений и снижение потерь энергии при трансформации напряжения для различных по мощности, характеру и степени симметрии источников и нагрузок. Устройство содержит два трансформатора разной мощности, входной и выходной блоки выключателей, блок управления и блок преобразования тока. Вышеуказанные блоки управления, входных и выходных выключателей, преобразователей тока для каждой i-й фазы содержат i-е субблоки. Входы i-го субблока управления соединены с выходом i-го субблока блока преобразователей тока, а выходы соединены с управляющими входами i-х субблоков входного и выходного выключателей, которые подключают каждую из i-х фаз трансформатора большей мощности к i-й фазе источника напряжения и нагрузке. Трансформатор меньшей мощности i-м фазным входом соединен с i-й фазой источника напряжения и первым силовым входом i-го субблока входного выключателя, а i-м фазным выходом соединен через токовый вход i-го субблока блока преобразователей тока с i-й фазой нагрузки и вторым силовым входом i-го субблока выходного выключателя, первый силовой вход которого связан с i-м фазным выходом трансформатора большей мощности, соединенного с i-м фазным входом со вторым силовым входом i-го субблока входного выключателя. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в различных установках с силовыми трансформаторами, источниках питания от сети переменного тока, в частности в трансформаторных подстанциях, работающих с большими изменениями нагрузки во времени, когда снижение потерь холостого хода имеет большое значение.

Известны устройства и способ уменьшения потерь энергии при трансформации напряжения в низковольтных сетях, заключающийся в изменении режимов работы трансформаторов в трансформаторных подстанциях (ТП) путем периодического отключения одного из трансформаторов (К.К. Волчков, В.А. Козлов. Эксплуатация сооружений городской электрической сети, - 2-е изд., перераб. - Л.: Энергия, Ленингр. отделение, 1979. С. 265-271).

Основными недостатками такого решения являются: снижение надежности работы системы и качества поставляемой энергии при быстрых изменениях нагрузки, невозможность его применения при случайно изменяющейся нагрузке.

Прототипом предложенного устройства является устройство (патент RU 2224344) для снижения потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения трансформаторной подстанции, содержащее два трансформатора разной мощности, подключенные через четыре силовых выключателя с приводами к сети высокого напряжения и к нагрузке, датчик мощности, включенный в силовую трехфазную сеть на стороне высокого напряжения трансформаторов, а также силовой выключатель с приводом, в замкнутом состоянии подключающий ее к одному из двух трансформаторов, а в разомкнутом состоянии позволяющий каждому трансформатору подстанции работать на свою нагрузку, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит нечеткий логический контроллер, датчики положения контактов силовых выключателей с приводами и дифференциатор сигнала мощности, выходы которых соединены с входами нечеткого логического контроллера, выход датчика мощности подключен к входу нечеткого логического контроллера и к входу дифференциатора, а выходы нечеткого логического контроллера соединены с приводами силовых выключателей, при этом нечеткий логический контроллер формирует функциональную зависимость моментов срабатывания силовых выключателей с приводами от величины мощности нагрузки, знака ее производной и положения контактов силовых выключателей с приводами, исходя из условия минимизации потерь электрической энергии в сетях низкого напряжения.

Основным недостатком прототипа является низкая реальная эффективность и надежность. Это обусловлено необходимостью выполнения большого числа переключений на выходах и, особенно, на высоковольтных входах каждого из трансформаторов при одновременно больших значениях напряжений и токов, что практически ограничивает его широкое применение, в частности, в сетях высокого напряжения. Стоимость выключателей для больших значений напряжений и токов больше стоимости трансформаторов, а их совокупная надежность меньше, чем у трансформаторов.

Устройства, реализующие способ-прототип, принципиально не позволяют использовать параллельную работу обоих трансформаторов на общую нагрузку, а сравнительно небольшое отклонение от симметрии, например, в трехфазной системе нарушает их работоспособность.

Кроме того, устройство-прототип не может использоваться при значениях реактивной Q составляющей 10-20% полной мощности S нагрузки. Например, переключение нагрузки с трансформатора меньшей мощности на трансформатор большей мощности с допустимыми максимальными мощностями Р1 и Р2 при (10Р1=Р2), по результатам измерения активной мощности, должно происходить при пороге 0,85 Р1, тогда при |Q|=|2⋅Р1|<<|Р1+Р2| трансформатор меньшей мощности будет работать в режиме не допустимой перегрузки, несмотря на относительно малые активную в 0,1 Р1 и реактивную Q=0,2⋅Р2 составляющие нагрузки, так как , но подключаться второй трансформатор не будет, пока активная составляющая меньше порогового уровня при пороге 0,85 P1.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого устройства, заключается в устранении отмеченных недостатков, в повышении надежности, расширении диапазона рабочих напряжений, в более широком диапазоне изменения характеристик источника напряжения и нагрузки по величине, характеру и отклонению от симметрии, по сравнению с прототипом.

Требуемый технический результат обеспечивается за счет введения новых элементов и связей входов и выходов трансформаторов с источником электроэнергии, нагрузкой и выключателями следующим образом.

Устройство уменьшения потерь энергии при трансформации напряжения, содержащее два трансформатора разной мощности, входной и выходной блоки выключателей, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами блоков выключателей, первый и второй силовые входы входного блока выключателей соединены соответственно с источником напряжения и входом трансформатора, с выходом которого соединен первый силовой вход выходного блока выключателей, связанного вторым силовым входом с нагрузкой, отличается тем, что дополнительно введен блок преобразования тока, а блоки управления, входных и выходных выключателей, преобразователей тока для каждой i-й фазы содержат i-е субблоки, входы i-го субблока управления соединены с выходом i-го субблока блока преобразователей тока, а выходы соединены с управляющими входами i-х субблоков входного и выходного выключателей, первый и второй силовые входы i-го субблока входного блока выключателей соединены соответственно с i-й фазой источника напряжения и i-м фазным входом трансформатора, с i-м фазным выходом которого соединен первый силовой вход i-го выходного выключателя, второй силовой вход которого соединен с i-й фазой нагрузки, трансформатор меньшей мощности i-м фазным входом соединен с i-й фазой источника напряжения и первым силовым входом i-го входного выключателя, а i-м фазным выходом соединен через токовый вход i-го субблока блока преобразователей тока с i-й фазой нагрузки и вторым силовым входом i-го выходного выключателя.

Схема трехфазного устройства снижения потерь энергии при трансформации напряжения приведена на фигуре 1, где введены следующие обозначения 1, 2 - трансформаторы меньшей и большей мощности (в общем случае многофазные), 3 и 4 - входной и выходной блоки выключателей, 5 - блок управления, 6 - блок преобразователей тока, 7 и 8 - источник напряжения и нагрузка соответственно, субблоки 9-11 и 12-14, 15-17, 18-20 соответственно в составе блоков входных и выходных выключателей 3 и 4, управления 5, преобразователей тока 6, из которых для каждой i-й фазы образуется i-я система управления выключателями.

Принцип действия для трехфазного устройства, показанного на фиг. 1, следующий. Напряжение 1-й фазы от источника 7 поступает через субблок 9 блока выключателей 3 на вход 1-й фазы трансформатора 2 и непосредственно на вход 1-й фазы трансформатора 1, выходной ток 1-й фазы которого через субблок 18 блока преобразователей тока 6 поступает на нагрузку 1-й фазы в блоке 8. Выходной ток 1-ой фазы трансформатора 2 через субблок 12 блока выключателей 4 также поступает на нагрузку 1-й фазы в блоке 8. Субблок 17 в составе блока управления 5 сравнивает сигнал от субблока 18, соответствующий току нагрузки 1-й фазы от трансформатора 2 с заданными значениями порогового уровня по току. Если ток нагрузки 1-й фазы от трансформатора 2 увеличивается и становится больше первого порогового уровня, то сигналы от субблока 17 блока управления 5 сначала замыкают выключатель 9, а затем выключатель 12, входящий в состав входного и выходного блоков 3 и 4. Поэтому при указанном условии ток на нагрузку 1-й фазы в блоке 8 будет поступать от обоих трансформаторов 1 и 2.

Если ток через нагрузку 1-ой фазы от трансформатора 2 убывает и становится меньше заданного значения второго порогового уровня по току, то сигналы от субблока 17 блока преобразователей 5, размыкают сначала выключатели 12 в составе выходного блока 4, а затем 9 в составе входного блока 3, в результате ток через нагрузку 1-й фазы в блоке 8 будет протекать только от трансформатора 1. Подобным образом происходит установление режимов работы трансформаторов 1 и 2 по всем фазам.

В основе блока преобразователей тока 6 может использоваться типовой преобразователь тока с одним или несколькими гальванически разделенными входами и цифровым или аналоговым выходом, например, по действующему значению. Блок управления 5 может быть выполнен, как и для прототипа, на основе контроллера либо на основе нескольких типовых логических схем и пороговых элементов с заданными порогами срабатывания.

Выключатели в цепи высокого напряжения работают в режиме почти нулевого тока при замыкании и размыкании, что существенно повышает надежность их работы и упрощает реализацию, позволяет расширить диапазон входных напряжений.

Предложенное устройство по сравнению с прототипом позволяет расширить диапазон изменения реактивных составляющих нагрузки, в котором обеспечивается работоспособность, снизить требования к допустимой асимметрии многофазной системы, повысить надежность и упростить реализацию, так как требуется меньшее количество выключателей, особенно на высоковольтном входе.

Предпочтительной областью применения являются системы с трансформаторами, работающие с частыми и значительными изменениями нагрузки во времени, когда снижение потерь имеет большое значение.

Устройство уменьшения потерь энергии при трансформации напряжения, содержащее два трансформатора разной мощности, входной и выходной блоки выключателей, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами блоков выключателей, первый и второй силовые входы входного блока выключателей соединены соответственно с источником напряжения и входом трансформатора, с выходом которого соединен первый силовой вход выходного блока выключателей, связанного вторым силовым входом с нагрузкой, отличающееся тем, что дополнительно введен блок преобразования тока, а блоки управления, входных и выходных выключателей, преобразователей тока для каждой i-й фазы содержат i-е субблоки, входы i-го субблока управления соединены с выходом i-го субблока блока преобразователей тока, а выходы соединены с управляющими входами i-х субблоков входного и выходного выключателей, первый и второй силовые входы i-го субблока входного блока выключателей соединены соответственно с i-й фазой источника напряжения и i-м фазным входом трансформатора, с i-м фазным выходом которого соединен первый силовой вход i-го выходного выключателя, второй силовой вход которого соединен с i-й фазой нагрузки, трансформатор меньшей мощности i-м фазным входом соединен с i-й фазой источника напряжения и первым силовым входом i-го входного выключателя, а i-м фазным выходом соединен через токовый вход i-го субблока блока преобразователей тока с i-й фазой нагрузки и вторым силовым входом i-го выходного выключателя.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности, расширении диапазона рабочих напряжений, снижении потерь энергии при трансформации напряжения для различных по мощности, характеру и степени симметрии источников и нагрузок.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах производства электрической энергии с асинхронными вентильными генераторами, подключенными к сети постоянного напряжения, входящей в состав энергетических систем или комплексов.

Изобретение относится к системе и способу для распределения мощности. Технический результат заключается в создании улучшении качества распределения мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления множеством силовых преобразователей, в частности электронных частотных преобразователей, посредством беспроводной связи.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в автоматизированных системах управления (АСУ) электростанций собственных нужд (ЭСН) компрессорных станций магистральных трубопроводов и небольших предприятий.

Изобретение относится к области автоматического управления электрическими генераторами. .

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС) малой и средней мощности.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС) малой и средней мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления параллельно работающими на общую нагрузку статическими источниками. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в различных установках с силовыми трансформаторами, работающих с большими колебаниями нагрузки во времени, когда снижение потерь холостого хода имеет большое значение. Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа, заключается в повышении надежности, расширении диапазона рабочих напряжений, снижении потерь энергии для нагрузок различных по величине и характеру. Способ снижения потерь электроэнергии заключается в том, что сравнивают ток, потребляемый нагрузкой от источника электроэнергии, с заданным значением, режимы работы трансформаторов изменяют замыканием или размыканием их входов, выходов, в зависимости от результатов сравнения, входы трансформаторов соединяют последовательно, а напряжение на нагрузке получают сложением выходных напряжений обоих трансформаторов. Устройство для снижения потерь электроэнергии обеспечивает технический результат благодаря тому, что для двух трансформаторов разной мощности соответствующие входы и выходы соединены последовательно друг с другом, а параллельно входам, выходам первого трансформатора меньшей мощности присоединены выключатели, состояние которых определяется блоком управления, связанного с блоком преобразователей тока, потребляемого от источника электроэнергии нагрузкой. Предложенные способ и устройство, по сравнению с прототипом, позволяют расширить диапазон изменения реактивных составляющих нагрузки, в котором обеспечивается работоспособность, повысить надежность и предельно упростить реализацию, так как требуется меньшее (примерно в 2 раза) количество выключателей, особенно на высоковольтном входе. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке энергетических систем судов, а также других автономных объектов, где применяются малогабаритные турбогенераторные агрегаты с высокой частотой вращения. Техническим результатом является обеспечение получения формы напряжения на выходе преобразователя частоты высокооборотного генераторного агрегата, близкой к синусоидальной, без применения фильтров, при использовании одного трехфазного синхронного генератора с частотой вращения, выбираемой в широком диапазоне, например от 3500 об/мин до 15000 об/мин, с возможностью получения, в случае необходимости, выходного напряжения с заданной частотой в диапазоне от 1 Гц до половины частоты напряжения синхронного генератора. В малогабаритный высокооборотный судовой генераторный агрегат, содержащий турбину, с валом которой соединен вал трехфазного синхронного генератора с обмоткой возбуждения, подключенной к источнику постоянного тока, два трехфазных суммирующих трансформатора, преобразователь частоты с непосредственной связью, обеспечивающий пропуск реактивной мощности, состоящий из 3-х групп вентильных комплектов, к выходу которого подключается трехфазная нагрузка, введены сдвоенный трехфазный вращающийся автотрансформатор, приводной электродвигатель с регулятором и задатчиком частоты вращения. Валы сдвоенного трехфазного вращающегося автотрансформатора и приводного электродвигателя соединены между собой, обмотки роторов сдвоенного трехфазного вращающегося автотрансформатора подключены к выходу трехфазного синхронного генератора, а обмотки статоров сдвоенного трехфазного вращающегося автотрансформатора подключены к первичным обмоткам трехфазных суммирующих трансформаторов, у которых вторичные обмотки включены последовательно в три трехфазные последовательные ветви, каждая из которых соединена в звезду, и подключены к соответствующему входу трех групп вентильных комплектов непосредственного преобразователя частоты. 3 ил.

Группа изобретений относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Способ снабжения электрических потребителей (3, 31, 32) транспортного средства электрической энергией с помощью вспомогательных преобразователей (1, 11, 12) заключается в том, что вспомогательные преобразователи приводятся в действие с синхронизацией по основной волне и импульсной синхронизацией. При этом в случае замыкания на землю протекание тока между вспомогательными преобразователями (1, 11, 12) и заземленным N-проводом (N) сети энергоснабжения прерывается. Вспомогательные преобразователи включены параллельно на стороне переменного напряжения. Кроме того, заявлена системе (5) энергоснабжения транспортного средства, особенно рельсового транспортного средства, для осуществления вышеуказанного способа. Технический результат заключается в непрерывном электроснабжении потребителей транспортного средства при коротком замыкании. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности, расширение диапазона рабочих напряжений и снижение потерь энергии при трансформации напряжения для различных по мощности, характеру и степени симметрии источников и нагрузок. Устройство содержит два трансформатора разной мощности, входной и выходной блоки выключателей, блок управления и блок преобразования тока. Вышеуказанные блоки управления, входных и выходных выключателей, преобразователей тока для каждой i-й фазы содержат i-е субблоки. Входы i-го субблока управления соединены с выходом i-го субблока блока преобразователей тока, а выходы соединены с управляющими входами i-х субблоков входного и выходного выключателей, которые подключают каждую из i-х фаз трансформатора большей мощности к i-й фазе источника напряжения и нагрузке. Трансформатор меньшей мощности i-м фазным входом соединен с i-й фазой источника напряжения и первым силовым входом i-го субблока входного выключателя, а i-м фазным выходом соединен через токовый вход i-го субблока блока преобразователей тока с i-й фазой нагрузки и вторым силовым входом i-го субблока выходного выключателя, первый силовой вход которого связан с i-м фазным выходом трансформатора большей мощности, соединенного с i-м фазным входом со вторым силовым входом i-го субблока входного выключателя. 1 ил.

Наверх