Регулируемая конденсаторная батарея и способ управления ею

 

О П И С Л Н И Е 558349

ИЗОБРЕТЕН И Я 1

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.08.75 (21) 2160771/07

1 (51) ". 1хт!. - гт 0213 18

I с присоединением заявки J¹

Государственный комитет

Совета Министров CCCP оо делам изобретений (23) Приоритет

Опубликовано 15.95.!: . .Б1оллетс11„$o 18

,1-; 02; Я16. .:. 6

i:(;083 8)

I и открытий

Дата опуоликования г,":. са!! :1! 08.06.77 (72) Лнто1!ь1 нз0брете1!ия

Л. А. Жуков, И. И. 1хартя!пгз, Е. Н. Косоруксв и Е. A. Панкратова

Московский Ордена Ленина энсрг ти;=ск1й институт (71) Заяц!!тель (54) РЕГУЛ11РУЕМАЯ 1 ОНДЕ1-1САТОРНАЯ ЕЛТАРЕ 11 СПОСОБ

УП РД РЛ ЕР И 1 Е1СУ

Регулируемая конденсаторная батарея предназначена для регулирования напряжения в электрических сетях в качестве источника реактивной мощности с быстродействующим ступенчатым регулированием и с длительной форсировкой мощности.

Известны конденсаторные батареи, в которых ступенчатое регулирование мощности осуществляется путем изменения схемы соединений конденсаторов (1, 2).

Однако такие схемы имеют относительно большую кратность форсировки по мощности, наличие, как правило, только одной ступени регулирования и, наконец, возможность осуществления лишь кратковременной форсировки.

Известны схемы, в которых ступенчатое регулирование мощности конденсаторной батареи осуществляется путем изменения числа параллельно включенных секций конденсаторов, подключаемых к сети с помощью тиристорных выключателей (31.

Однако в этих схемах, особенно при высоковольтном исполнении, необходимо конструировать конденсаторную батарею со ступенями большей мощности, чем это требуется по условиям регулирования.

Из известных схем конденсаторных батарей со ступенчатой регулировкой мощности наиболее близким по технической сущности является регулируемая конденсаторная батарея, каждая фаза кото1зой сост011т пз 12 последовательно соединенных групп конденсаторов. Регулирование мощности такой батареи осуще5 ствляется изменением числа последовательно соединенных конденсаторов. С целью увеличения мощности такой батареи при снижении няпряи сния В сети 1ясть Групп конденсаторов шунтируется выключателями (4).

10 Однако в такой схеме при снижении напряжения в сети часть зашунтированных конденсаторов не используется, а режим форсировкп оставшихся под напряжением конденсаторов может быть лишь кратковременным. Сущест15 венным недостатком схемы является так>ко появление бросков тока и перенапряжений при коммутации конденсаторов вь|ключателями.

С целью расширения диапазона регулирова20 ния мощности, и, таким образом, улучшения технико-экономических показателей регулируемой коидснсаторной батареи предлагаемая регулируемая конденсаторная батарея, состоящая из и конденсаторных групп, подсоединен25 ных к сети через тнрпсторньш выключатель, выполненный из встречно-параллельно соединенных тиристоров, снабжена дополнительными тиристорными выключателями и системой управления, причем указанные дополнитель30 ные тирнсторные выклю-1ателн включены меж558349 ду каждой из конденсаторных групп и сетью, между последовательно соединенными конденсаторными группами одной фазы и между конденсаторными группами различных фаз, образуя последовательное соединение этих групп.

Управление указанной регулируемой батареей осуществляется способом подачи на управляющие электроды тиристоров управляющих импульсов в интервале от максимума отрицательной полуволны напряжения сети до нуля, причем в каждом очередном тиристорном выключателе первым открывают тиристор, направление проводимости которого противоположно проводимости последнего тиристора, работавшего в предыдущем выключателе, причем в каждом предыдущем тиристорном выключателе закрывают тиристоры одной и той же фазы, имеющие одно и то же направление проводимости.

Сущность изобретения поясняется черте>ками и диаграммами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема регулируемой конденсаторной батареи; на фиг. 2 — блок-схема системы управления регулируемой конденсаторной батареи по предлагаемому способу; на фиг. 3 — линейные диаграммы токов и напря>кений в схеме по фиг. 1 при переключениях тиристорных выключателей в пределах одной ступени.

Регулируемая конденсаторная батарея на фиг. 1 выполнена из двух трехфазных секций.

В каждой фазе последовательно соединены три группы конденсаторов 1, 2 и 3. Каждая группа конденсаторов соединена с сетью через трехфазный тиристорный выключатель соответственно 4, 5 и 6. Тиристорный выключатель 7 соединяет последовательно группы конденсаторов 2 и 3 в каждой фазе, а тиристорный выключатель 8 осуществляет последовательное соединение групп конденсаторов

2 различных фаз.

Каждый из трехфазных тиристорных выключателей 5, 6, 7 и 8 снабжен индивидуальной системой автоматического управления (фиг.2), образующей логический канал, на вход которого подается напряжение сети, а на выходе формируются управляющие широкие импульсы, поступающие на фазные блоки тиристоров. Каждый из двух тиристорных выключателей 4, принадлежащих различным секциям, имеет двойную систему такого управления. Одна система управления функционирует при работе выключателя 4 в нормальном режиме, когда напряжение сети равно номинальному значению. Вторая система управления вступает в действие при снижении напряжения до величины, при которой необходимо осуществить форсировку. Форсировка, заключающаяся в формировании дополнительной секции, осуществляется одновременным открытием выключателей 4, 7 и 8.

Каждая система управления состоит из датчика напряжения 9, блока выбора 10, исполнительного органа 11 и шестиканального генег

4 ратора прямоугольных импульсов 12. В датчике напряжения 9 осуществляется сравнение напряжения на шинах с величиной сигнала установки 13. В зависимости от соотношения этих величин на выходе датчика формируется сигнал «О» и «1», который подается на вход блока выбора 10. Блок выбора согласует эту команду с порядковым номером того тиристора, начиная с которого должна осуществляться операция «открыть» или «закрыть». Для этой цели блок выбора имеет еще два выхода, связанных с шинами а, b, с, d синхронизации.

Две из них а, b предназначены для управления тиристорными выключателями 1 секции, две других — с и d — тиристорными выключателями 11 секции. Синхронизирующие импульсы, поступающие непрерывно на шинки, не совпадают по фазе. Команда «закрыть» или

«открыть» с выхода блока выбора 10 подается на исполнительный орган 11. Исполнительный орган выполнен как логический элемент

«И» с несколькими входами. На выходе исполнительного органа формируется сигнал

«открыть» в том случае, если от смежных каналов поступила информация о том, что их тиристорные выключатели закрыты. Такая связь служит блокировкой от одновременного открытия нескольких тиристорных выключателей в одной фазе. Эта блокировка охватывает смежные тиристорные выключатели, принадлежащие одной и той же секции. Генератор прямоугольных импульсов 12 имеет шесть каналов по числу тиристоров в одном трехфазном тиристорном выключателе.

Работа конденсаторной батареи при снижении напряжения сети и при его повышении осуществляется следующим образом.

В нормальном режиме (например, при номинальном напряжении сети) конденсаторная батарея (фиг. 1) полностью включена в сеть (выключатели 4 и 7 открыты, выключатели 5, 6 и 8 закрыты). При сии>кении напря>кения в сети осуществляется поочередное исключение из работы группы конденсаторов 1 (выключатель 4 закрывается, а выключатель 5 открывается). При этом мощность, генерируемая конденсаторной батареей, возрастает, так как благодаря указанному переключению тиристорных выключателей включенными в сеть оказываются только две конденсаторные группы2и3.

В случае, если напряжение сети продолжает снижаться, закрывают тиристорные выключатели 5 и 6 и открывают выключатель 6. 3акрытие выключателя 7 связано с возможной необходимостью дальнейшей формировки мощности батареи.

После указанных операций конденсаторные группы 1 и 2 оказываются отключенными, а напряжение на них сохраняется. Они могут быть использованы для дальнейшей форсировки реактивной мощности батареи. С этой целью, при снижении напряжения при открытых выключателях 6 должны быть дополнительно открыты выключатели 4 и 8. В этом

558349

5 случае конденсаторные группы 1 и 2 двух смежных фаз соединяются последовательно с помощью выключателя 8 и включаются в сеть на линейное напряжение, образуя таким образом дополнительную секцию.

При повышении напряжения переключение тиристорных выключателей осуществляется в обратной последовательности.

Способ управления конденсаторной батареей, выполненной из двух секций, осуществляется следующим образом. Наиболее близким по технической сущности является способ управления (5).

Однако такой способ управления не позволяет подать сигнал «открыть» или «закрыть» в любой момент времени на любой тиристор.

Предлагаемый способ устанавливает наиболее благоприятный момент открытия и закрытия тиристорных выключателей.

Способ управления конденсаторной батареей по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Пусть в секции 1 конденсаторной батареи (фиг.l) открыты выключатели 4 и 7, что соответствует номинальному режиму работы батареи. Учитывая последовательность работы тиристоров в трехфазном выключателе, можно сказать, что в фазе АВ установлены тиристоры Т l и Т4, в фазе ВС вЂ” TÇ и Т6, в фазе СА — Т5 так, что все нечетные тиристоры пропускают положительную полуволну тока, а все четные — отрицательную.

Пусть напряжение в сети снизилось так, что датчик напряжения 9 (фиг. 2) подал сигнал

«закрыть» на блок выбора 10 тиристорного выключателя 4 и сигнал «открыть» на блок выбора 10 выключателя 5. Тиристорный выключатель 7 остается в работе. Блоки выбора

10, согласуя полученную команду с соответствующими шинами синхронизации (например

«а» — открыть, «Ь» — закрыть, фиг. 2), выдают сигнал на исполнительный орган 11.

Пусть на шину «а» подается синхронизирующий импульс, совпадающий по фронту управления с управляющим импульсом Т 5 (момент

/ " на фиг. 3), а на шину «В» — совпадающий с импульсом ТЗ (момент to на фиг. 3). Исполнительный орган тиристорного выключателя

5 не выдает команду «открыть» на генератор управляющих импульсов 12 до тех пор, пока не будут сняты управляющие импульсы с генератора 12 выключателя 4. Благодаря этому сначала закроется работающий (предыдущий)

4, а затем откроется очередной 5 тиристорные выключатели и их совместная работа исключается.

Таким образом в момент (ю тиристорный выключатель 4 должен закрываться в следующей последовательности работы своих тиристоров (фиг. 3): Tl — 4 (t ), Т2 — 4 (tq), ТЗ вЂ” 4 (<). Эти тиристоры несмотря на то, что импульсы с них сняты, продолжают работать до указанных моментов, когда ток в них в естественных условиях пройдет через нулевое значение, Выключение тиристоров происходит

6 поочередно без какого-либо переходного процесса.

В момент to" подают управляющие импульсы на тиристорный выключатель 5. Следует заметить, что момент (" должен быть выбран в интервале между задним фронтом импульса ТЗ и передним фронтом импульса Т5. Совпадение момента to" с участком импульса

ТЗ приведет к закорачиванию конденсаторной группы 1. В то же время, в момент 4", показанный на фиг. 3, благоприятно может включиться тиристор T4 — 5. Таким образом, все тиристоры выключателя 5 вступают в работу в следующей последовательности: Т4 — 5 (tq), Т5 — 6 (4), Т6 — 5 (t„). Все тиристоры открываются при нулевом напряжении íà них, а потому практически без переходного процесса.

При этом в фазе ВС возникает пауза в токе длительностью 60 град. Тиристор Т6 — 5 не может включиться ранее момента 4, так как к нему приложено отрицательное напряжение, равное разности между напряжением сети и остаточным направлением на конденсаторных группах 2 и 3. Это остаточное напряжение показано на фиг. 3 пунктиром.

В результате прошедшей коммутации конденсаторные группы 2 и 3 включаются на нанапряжение сети, а конденсаторная группа 1 отключается. Полярность остаточного напряжения на группе 1 зависит от того, какой из тиристоров выключателя 4 отключился последним.

При расфорсировке работа выключателей

4 и 5 осуществляется следующим образом.

Для того, чтобы избежать разноименной полярности заряда на конденсаторных группах, необходимо запомнить, какой из тиристоров выключателя 4 в каждой фазе закрылся последним при форсировке. Так, например, в приведенном выше случае это были Tl — 4, Т2 — 4 и TÇ вЂ” 4. Именно они и определили полярность остаточного заряда на конденсаторной группе 1. Следовательно, при расфорсировке должны включиться последними тиристоры Tl — 5, Т2 — 5, ТЗ вЂ” 5 выключателя 5, то есть, имеющие те же порядковые номера.

Для этого сигнал о снятии управляющих импульсов должен поступить на генератор 12 с той же фазой по отношению к напряжению сети, что и при форсировке. Этим требованиям удовлетворяет момент 4, соответствующий моменту 4, при форсировке (фиг. 3). При этом указанные тиристоры выключателя 5 закрываются в следующей последовательности:

T l — 5, (4), Т2 — 5 (tq), ТЗ вЂ” 5 (4) .

В этих условиях наиболее благоприятным моментом открытия выключателя 4 является момент 1, который соответствует моменту 4" при форсировке. Начиная с момента 4, тиристоры Т5 — 4 и Т6 — 4 могут открываться при минимально возможном напряжении на них.

Если допустить, что форсировка была достаточно продолжительной, чтобы конденсаторная группа 1 полностью разрядилась, то включение этих тцристоров произойдет при нуле558349 гом напряжении. Таким образом, включение выключателя 4 должно протекать в следующей последовательности T4 — 4 (t-,), T5 — 4 (6 ), Т6 — 4 (4) и работа системы управления будет происходить в той же последовательности, что и при форсировке, однако функциональная роль каналов управления меняется: выключатель 4 открывается, а выключатель

5 — закрывается. Инвертирование функций каналов осуществляется благодаря знаку сигнала, поступающему от датчика напряжения

9. Кроме того, система блокировки исполнительных органов 11 построена таким образом, что сигнал «открыть» может быть сформирован на выходе лишь определенных исполнительных органов, отвечающих заданному алгоритму переключения тиристорных выключателей.

При напряжени .r, сниженном до уровня, при котором предусматривается включение конденсаторных групп 1 и 2 в самостоятельную третью секцию, система управления (фиг. 2) работает с той же последователь:.остью, что и при переключениях между тиристорными выключателями 4 и 5. При этом выключатели 4 фазы АВ, выключатели 4 фазы ВС 1-ой секции и выключатель 3 ооразуют однофазный тиристорный блок, управление которым осуществляется синхронно и синфазно.

Эффективность применения регулируемой конденсаторной батареи в наибольшей степени проявляется в электрических сетях, для которых характерно существенное (15 — 20 ) и длительное снижение напряжения. В таких случаях мощность конденсаторной батареи должна быть выбрана из условий номинального режима и работа ее должна протекать в среднем с положительным регулирующим эффектом. Это значит, что при снижении напряжения мощность конденсаторной батареи остается неизменной или возрастает.

Кроме того, процесс регулирования, связанный с многократной коммутацией конденсаторов при переходе с одной ступени на другую, протекает без существенных бросков тока и перенапряжений. Это свойство позволяет снизить установленную мощность коммутационной аппаратуры и продлить с;.ок службы конденсаторов.

Форм,.ла изобретения

5 1. Регулируемая конденсаторная батарея, состоящая из и последовательно соединенных конденсаторных групп, подсоединенная к сети через тиристорный выключатель, выполненный из встречно-параллельно соединенных ти10 ристоров, отл ич а юща я с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования реактивной мощности, она снабжена дополнительными тиристорными выключателями, установленными между каждой из конденса15 торных групп и сетью, между последовательно соединенными конденсаторными группами одной фазы и между конденсаторными группамн различных фаз, образуя последовательное соединение этих групп.

20 2. Способ управления регулируемой конденсаторной батареей по и. 1 путем подачи на управляющие электроды управляющих импульсов в интервале от максимума отрицательной полуволны напряжения сети до нуля, 25 отлич а ющийс я тем, что, с целью снижения бросков тока и ограничения перенапряжений при включении тиристорных выключателей, в каждом очередном тиристорном выключателе первым открывают тиристор, направЗО ление проводимости которого противоположно проводимости последнего тиристора, работавшсго в предыдущем выключателе, причем в каждом предыдущем выключателе закрывают тиристоры одной и той же фазы, имею35 щие одно и то же направление проводимости.

Источники информации, принятые во вни.. ание при экспертизе:

1. Патент ФРГ № 1165148 по кл. 21(Р; 42/03, 40 1959 r.

2. Патент Англии № 958305 по классу Н 2Н, 1963 г.

3. Патент США М 3703680 по классу 323128, 1968 г.

45 4. Патент США № 2990511 по кл. 323-128, 1961 г. (прототип).

5. Авторское свидетельство СССР № 275212, М. Кл. Н 02j 3/18, 1964.

558349 фиг.5

Составитель Л. Дементьева

Редактор М. Афанасьева Техред М. Семенов Корректор Н Аук

Заказ 1153/11 Изд. № 432 Тираж 914 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2