Система автоматического управления статическим источников реактивной мощности
Союз Советских
Социал истимеских
Республик
ОП ИСАН
ИЗОБРЕТЕН (И) 606 185
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.05.74(21) 2033201/2 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.05.78,Бюллетень (45) Дата опубликования описания 1о. (51) М. Кл.
Н 02 J 3/l8
Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий
РЗ) УДК 82l.3l8.
° 723 (088.8) (72) Авторы изобретения
С. П. Вейский, Л. А. Жуков, А. А. Злобин и И. И. Карташев
Московский ордена Ленина анергетический институт (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
СТАТИЧЕСКИМ ИСТОЧНИКОМ РЕАКТИВНОЙ мощности
Изобретение может быть использовано в устройствах электрических систем переменного и постоянного тока, выполняющих функции регулирования режимов и параметров этих систем и содержащих управляемые силовые вентили (тиристоры). Система предназначена для управления статическим источником реактивной мощности, построенным как по принципу искусственной коммутации вентилей, так и по принципу управления конденсаторными батареями с помощью тиристоров, и может быть также использована для управления преобразователями в электропередачах постоянного тока.
Известна система автоматического управления несколькими параллельно соединенными секциями конденсаторных батарей, каждая из которых включается в сеть через встречно-параллельно соединенные тиристоры (1). Система управления такой конденсаторной батареей предназначена для ступенчатого регулирования реактивной мощности. Ее недостаток заключает ся в том, что она не содержит элемента, предназначенного для плавного изменения фазы управляющего тиристором импульса, а следовательно, не способна реализовать принцип плавного или непрерывного регулирования реактивной мощности, генерируемой конденсаторной батареей.
Известно устройство для плавного регулирования реактивной мощности в электрических сетях (2). Устройство представляет собой трехфазную конденсаторную батарею, подключенную к сети через главный тиристорный выключатель и соединенную через импульсный трансформатор с источником управляюгцих импуль-сов тока, образованным своей конденсаторной батареей, управляемым выпрямителем, инвертором и указанными импульсными трансформаторами. Система управления этого устройства содержит датчик режима сети, усилитель и блоки управления главным тиристорным выключателем и тиристорами инвертора. Недостаток такого устройства состоит в том. IT0 его система управления обеспечивает только
1 режим плавного регулирования реактивной мощности.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к изобретению является источник для плавного регулирования реактивной мощности B электрических сетях (ИРМ) (3).
Система управления этим источником выполняет функции регулирования угла включения тиристорного выключателя главной конденсаторной батареи, т. е плавного регулирования реактивной мощности и, кроме того, 60б185 по специальной команде включение или отключение тиристорного выключателя конденсаторНоН батареи источника управляющих импульсов тока. Такая система управления содержит датчики режима сети и усилитель, ооразующие
5 регулятор, блоки управления тиристора и генерируюц)ие сигналы управления (импульсы), подаваемые на управляющий электрод тиристора в определе)11юй фазе, задаваемой регулятором.
Недостатком ИРМ является то, что в режиме оольших углов, когда ИРМ генерирует минимальну)о мощность, работа источника становится неэффективной, так как амплитуда генерируемой им первой i армоники тока становится соизмеримой с амплитудами высших гармоник. Установка фильтров высших гармоник сопряжена с дополнительными затратами и увеличением потерь активной мощности. Целесообразней в этих режимах, когда мощность, генерируемая ИРМ, незначительна, закрывать его главные и вспомогательные (инвертор) вентили и тем самым отключать все устройство от сети.
Другой недостаток ИРМ связан с режимом малых углов регулирования, когда ИРМ выдает наибольшую в диапазоне плавного регулирования мощность. При малых углах регули- 25 рования су)цествует такой диапазон,при котором работа источника управляющих импульсов тока ) же не приводит к изменени)о угла проводимости главных тиристорных выклк)чатслсй без того, чтобы не ухудшить гармони30 ческий состав тока ИРМ, в то время, как его первая гармоника тока остается практически неизменной. В этом режиме становится неэффективной работа источника управля1о1цих импульсов Ti)v«, и он может быть отключен, т. с.
1. 1 О т11 Р и сто Р ы 3 B K P bl T hl . E c,з и f I o c. 10 э т О ГО О У - 35 ,1ет вкл)очен тир11сторный выключатель источ11ика управляк)щих импульсов тока, т. с. его конденсаторная батарея, то ИРМ будет генерировать мощность, равную i loIILIIocп1 его г,1«вlloH конденcаторной батареи, II«Iþñ могцHocTb бi)т арен источника 3 п(.авляющ)гх Il 11 ilh .Ib40 сов тока. Этот ре)ким характеризуется отслствием высш)гх Гармоник тока.
Так)1м образом, недостатком указанных сНстем «втоматическогО управления ИРМ является то. что онп, обеспечивая плавное регулиро- 45 ванне ре кима ИРМ в заданном диапазс)не, 11склю1«к1т возможность выбора состава вклк)ченного оборудования, отвечак)щую как наиболее экономичному режиму работы ИРМ в гслом, так и наименьшему составу высших гармоник в выходном токе ИРМ.
Целью изобретения является расширение диа11азона регулирования реактивной мощности н улучшение электрических и экономических характеристик ИРМ.
Это достигается тем, что система автоматического управления статическим ИРМ, состоящим из г.)авцого -i иристорного выключателя и трехфазной кондсч)саторной батареи, ct) jlií i1iIoH чсрсз импульсный трансформатор с исГ1) 11111ко)1 управляю)цHx импульсов тока, образо. и«! I:ûì к1)нденсаторной оатареей, ее т11р)гс тор- 60 ным выключателем и по, крайней мере, двухступенчатым управляемым выпрямителем и инвертором, содержащая блоки управления указанными тиристорными выключателями, каждой ступенью выпрямителя и инвертором, а также датчики режима сети и усилитель, содержит формирователь синхронизированных сетью контрольных импульсов, вход которого соединен с выходом усилителя (регулятора) (Фаза контрольного импульса соответствует фазе импульсов блока управления инвертором в процессе плавного регулирования реактивной мощности) °
Р ступенчатый диодный ограничитель на выходе усилителя, с помощью которого устанавливается весь диапазон плавного регулирования и поддиапазоны, на интервале которых вст) пает в работу заданная ступень выпрямителя; функциональные каналы управления, число которых на один больше числа ступеней выпрямителя, например три, в каждом из которых соединены последовательно синхронизированный сетью формирователь опорных импульсов, логический элемент И, вторым входом связанный с формирователем контрольных импульсов. и исполнительный орган; причем блок управления главного тиристорного выключателя конденсаторной батареи соединен с выходом первого исполнительного органа, блоки управления выпрямителем своими входами связаны с блоком выбора, входы которого соединены с выходами остальных исполнительных органов, а блоки управления инвертора соединены с выходами первого и последнего исполнительных органов, кроме того, вход блока управления тиристорного выключателя конденсаторной батареи источника управляющих импульсов тока через 1блок задержки соединен с выходом последнего исполнительного органа. Предлагаемая система уllравления оборудована блокировкой от многократных срабатываний на границе сближения контрольного импульса с соответствующим опорным, выход первого исполнительного органа связан со входом своего формироватсля опорных импульсов, а выход последнего исполнительного органа — со входом формирователя контрольных импульсов, причем в цепи указанных связей введены элементы расширения длительности импульсов.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема ИРМ, основным генериру1О1цим реактивную мощность элементом которого является конденсаторная батарея. Здесь же показ«ны
Олоки системы управления (без регулятора), которыми оборудован известный ИРМ: на фиг. 2 — блок-схема системы управления и регулирования; на фиг. 3 -- диаграмма расположения контрольных и ollopHhlx импульсов системы управления и регулирования и соответстюющее этому расположению состояние тиристорны.. блоков.
1с,онденсаторная батарея 1, включается в сеть через 6.1ок главных вентилей (тиристорный выключатель 2) и связ«11а с источником унр«вляющих импульсов тока импульсными трансформаторами 3. Исто IHIIlx управляк)щих импульсов тока выполнен в виде резо)гансного контура, управляемого инвертором 4 и образованного
606185 пч пуль«ными.1 рансформаторами 3 и конденсат< рной батареей 5. Резонансный контур 3 -4
5 питается от д13ухстуленчатого выпрямителя, включенного в сеть, каждая ступень которого собрана на мостовой схеме так, 5 что тпрпсторный мост 6 заряжает конленсаторы 5 до напряжения большего, чем п<ристорный мост 7. При закрытых тиристорных блоках 4,6,7 конденсаторная батарея 5 может включаться в сеть через свой тиристорный выкл юч атсл ь 8. 10
Каждый из указанных тиристорных блоков оборудован своим блоком управления, имеющим шесть выходов по числу тиристоров в блоке. Блок управления 9 тиристорами 2 имеет
lB3 входа: синхронизиру1ощий — а, которым задается частота и начальная фаза импульсов
15 управления тиристорами, и вход в «Закрыть».
Блок управления 10 инвертором 4, кроме входов а и в. имеет управляющий вход с.,о которому осуществляется регулирование фазы импульсов инвертс)ра, т. е. угла регулирования
ИРМ. Блоки управления 11 и 12 выпрямителями 6 и 7 кроме входа а имеют вход d «Открыгь». Блок управления 13 тиристорным выключателем 8 имеет два входа а и в. Блок регулирования выполнен в виде усилителя 14 с датчиками 15 и 16 режима сети на входе и двухступенчатым диолным ограничителем 17 на выходе. Прямоугольные импульсы генерируются в формирователях контрольного 18 и опорп1.1х 19 — 21 импульсов и сравниваются в блоках сравнения 22 — 24 соответственно, вьшол30 ненных по принципу логических элементов И.
При совпадении контролыюго импульса с одним пз опорных срабатывает с<и тветству<ощнй исполнительный орган 25, 26 илп 27.
Таким образом формируются три функциональных канала. В общем случае число их 35 на олин оольше числа ступеней выпрямителя.
На фиг. 2 первый канал образован элементами
19, 22, и 25, второй — элементами 21, 24 и 27, а третий — элементами 20. 23 и 26. Г1ри этом принятос обозначение кана IQB соответствует последовательности llx срабатывания по мере уBc- 40 личения мощности ИРМ в процессе регулирования. П1слеловательность обозначения каниIoB соответствует расположсни<о импульсов (19
21 и 20), показанному ii3 фиг. 3. Через исполнительный орl ан 26 н блок 28 Bûooра ступени выпрямителя подается открывающий сигнал на блоки управле<шя 11 и 12 выпрямителями 6 и 7. Перебрасывание блока выбора 28 осуществляется Hci!o,lfflfTc.lbi!hi i органом 27.
Закрытие блока управ,.<синя 13 производится через блок задержки 29.
B таком HPÌ система управле;<ия (9 и
10) главными 2 н вспомогательными 4 тнрпсторами представлена унифицированными о 10камп управления, формируюп;ими прямоугo;Ibные синхронизированные с сетью. импульсы.
Количество формирователей импульсов B блоке соответствует числу тиристоров. Bi!vol кажло1 о формирователя I< рез рd: Диапазон изменения фазы импульсов задается путем ограничения величины выход<ногo сигнала системы регулирования. (lpil пер«мощении импульсов вспомогательных тир<1«горов влево реактивная мощность уменыпается. Им11ульсы управления главными тиристорами в процессе регулирования своей фазы не изменяют. Полной аналогией с блоком главных тиристоров 2 является тпристорный выклкгчатель 8 конденсаторной батареи 5 Ilcточнпка xllp Исполнительным силовым органом ИРМ, .на систему управления которого и воздействует регулятор, является источник управляюнспх импульсов тока, образованный вспомогательными тиристорами 4, собранными по схеме резонансного инвертора. Такие инверторы, применяются в качестве тиристорных преобразователе и частоты. Инвертор 4 питается от выпрямителя 6 и 7, вклк3ченного в сеть на общие с главной конденсаторной батареей 1 шины. Конденсаторная батарея 5 источника управляющих импульсов тока совместно с пчпхльсными трансформаторами 3 образчст р«зонансный контур инвертора. При открытии очередногo тиристора инвертора происходит колебательный разрял в контуре. Ток разряда через импульсный трансформатор 3 ползаряжает главный конденсатор (1) в соответствующей фазе тогда, когда этот конлснсатор з<313я а Tся основным током через г13Bliblif тиристор (2). В результате лей« твпя источника управляющих импульсов тока выключается очередной главный тиристор. Изменяя момент открытия тиристоров 4 пнвертора в указанном . Ilc<11330не pcl улирования, пз3<еня<от момент выключения главного тиристора 2. Это в результате приводит K измеlicll i!o реакгивной мощности, генерируемой ИРМ. Если угол ollcрежения 3;1жигания инвертора (угол pet ólèðoB3íèÿ И1 М) отс IIITblBBTb справа налево (фпг. 3). то о<>л<,шIDI углом соответст) ст чсньшее знач Illl<. рактивной мощносп1 ИРМ. Работа HPÌ в л;1апазонс рсгулированпя характеризуется f i В режиме, прп котором ИРМ выл<1с3 llo<:тояпные значения реактивной мо<цности, необ.ходимость в источнике управляющих импульсов тока OT!iaz3CT. В этом сл) чае его кoiiленсаторн31о батарею откгпоча<от от резонансного контура. включак<г в сеть ИМР, гепер11руют реактивноlo чошность, определяемую «31костью всех его конденсаторных батареи, причем высшие гар.;1онпки тока в этом режиме отсутству<от. Работе системы управления и pt vIIIpoB3If I!sf ИРМ прелшествх ет опрелеленпая ii;i— стройка ее элементов. 606185 0 Пусть весь диапазон регулирования <р< р4 И! М, в котором возможна его работа. разбит lI» дв» частично перекрывающихся поддиапазон» р; —;рп и p,— — р, (фиг. 3). Каждый из поддиап»зонов допускает работу только с определенной ступенью выпрямителя: 1,— <1< со ступенью высокого напря кения выпрямителя 6, < — р со ступенью низкого напряжения выпрямите;й 7. Так обеспечивается при сохранении работоспосооности ИРМ наиболее экономичный режим работы источника управляющих импульсов тока. Опорные импульсы (19 и 20) располагаются соответственно у границ <г< и <р, так, что их передние фронты опережают фазу своей границы, а задние фронты отстают от нее на время не меньшее, чем длительность контрольного импульса (18) . Передние фронты опорных импульсов (19 и 20) могут и совпадать с соответствующими границами, однако указанное ранее расположение импульсов делает систему управления более гибкой в наладке. Опорный импульс (21) располагается практически в поддиапазоне <㫠—:p4 высокого напряжения. Его передний фронт находится между границами г, и;д вплоть до совпадения с любой из них, а задний фронт отстает от фазы границы;(, не менее, чем на длительность контрольного импульса (18). Для определенности будем считать, что контрольный импульс (18) и<; 080 4, 4оторь Работа системы управле« я и регулиров»ния протекает следующим образом. Пусть все тиристорные блоки ИРМ находятся под напряжением, а дефицит реактивной мощности в сети отсутствует. При этом соответствующий сигнал поступает от датчиков 15 и 16 режима сети на вход усилителя 14. Выход усилителя воздействует на управляющий вход с блока управления 10 инвертором 4 и вход формирователя контрольных импульсов (18) (фиг. 2), определяя угол регулирования а < инвертора, близкий к наибольшему зна. нию в пределах поддиапазона < — <р (фиг. 3). При этом контролhHый импульс (18) совпадает с опорным (19). Признак совпадения фиксируется в логическом блоке И 22, который запускает исполнительный орган 25. Последний по входам в «Закрыть» блоков управления 9 и 10 закрывает главный тиристорный блок 2 и инвертор 4. ИРМ закрыт, и„мощность, генерируемая им, . равна нулю. Одновременно исполнительный орган 25 самоблокируется от многократных сраоатыв»пий путем увеличения длительности опорного импульса 19 (на фиг. 3 показано пунк тиром). Так исключается возможность работы ИРМ в режиме, при котором первая гармоника тока незначительна по сравнению с высшими. При нарастающем дефиците реактивной мощности система регулирования (14 — 17) выдает сигнал на уменьшение угла регулирования инвертора а и одновременно контрольного импульса (18). Пусть этот угол станет равным crt. При таком соотношении фаз контрольного и опорных импульсов все блоки сравнения 22-24 закрыты. Следовательно, блоки управления 9 и 10 тиристоров 2 и 4 открыты. ИРМ выд»ет реактивную мощность, определяющуюся углом регулирования а, и работает в соответствии с известным принципом действия в режиме плавного регулирования. Работа ИРМ осуществляется в поддиапазоне г< — !г. При д»льнейшем уменьшении угла регулирования а вблизи границы <р» в результате совпадения кон трольного импульса (18) с опорным (21) происходит сначала переключение выпрямителя со ступени (7) на ступень (6), а затем переключение диодного органичителя 17 с поддиапазона f — <г на поддиапазон
Дальнейшее уменьшение угла регулирования, вызванное продолжаюгцимся ростом дефицита реактивной мощности в сети приводит к совпадению контрольного импульса (18) (угол а 4) с опорным импульсом (20). Передний фронт последнего определяет границу, когда работа источника управляющих импульсов тока становится неэффективной и способствует увеличению потерь при незначительном изменении первой гармоники тока ИРМ. Поэтому здесь целесообразно закрыть инвертор 4. 3»крытие инвертора наступает в результате срабатывания исполнительного органа .26, который воздействует на вход в блока управления 10 инвертора. Одновременно с этим снимается сигнал «Открыть» с блока 28 выбора ступени выпрямителя, что приводит к закрытию обоих его тиристорых блоков 6 и 7. Однако готовность к работе выпрямителя в поддиапазоне сохраняется по каналу 18, 21, 24, 27. Исполнительный орган 26 самоблокируется от многократных срабатываний путем расширения контрольного импульса (18). В результате совпадения импульсов (18) и (20) ИРМ выдает при синусоидальном токе мощность, равную установленной мощности гл а в ной конденсаторной бата реи 2. Если же дефицит реактивной мощности в сети сохраняется в течение времени большего, чем задано блоком задержки 29, то в сеть дополнительно включается конденсаторная батарея 5 источника управляющих импульсов тока. При этом блок 29 снимает сигнал «Закрыть» с входа 606185 в блока y(ipaB;Ee)IEE» !3 тиристорпым выключателем 8. Таким образом, предлагаемая система автоматического управления статическим ИРМ, сохраняя известные прин(нпы нлав(юго регу- 5 лирования реактивной мощности, генерируемой конденсаторной батареей, приобретают новые качественные признаки. Увеличивается на 20% величина генерируемой ИРМ мощности за счет отключения источника управляющих импульсов тока, т. е. расширяется диапазон регулирования. Ограничивается состав высших гармоник тока (EIO амплитуде) в пределах, допустимых ГОСТом без установки дополнительных фильтров, т. е. улучшаются электрические характеристики ИРМ. Такое устройство одновременно ведет к снижению потерь активной мощности, основная доля которых приходится на источник унравляющи«импульсов тока, которЬ)й отключается при крайних значениях диапазона регулирования реактивной мощности, что положительно отражается на экономических показателях как самого ИРМ, так и сети в которую он включен. Формула изобретения 1. Система автоматического управления статическим источником реактивной мощности, состоящим из главного тиристорного выключателя зО и трехфазной конденсаторной батареи, соединенной через импульсный трансформатор с источником управляющих импульсов тока, образованным конденсаторной батареей, ее тиристорным выключателем и, по крайней мере, двухступенчатым управляемым выпрямителем и инвертором, содержащая блоки управления указанными тиристорными выключателями, каждой ступенью выпрямителя и инвертором, датчики режима сети и усилитель, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования реактивной мощности, она.10(I01 !illò(x! ьl(0 (0 1(р ж I!т (t)0!) х(. Ipîâ(iт(x ь 0!! I IXð0illlBlipOBil II ElhiX сетью контp0;Ihilhi« IEAE пульсов, вход которого соединен с Bhl«010xE указанного усилителя, ступенчатый диодный ограничитель на выходе усилителя, функциональные каналы управления, »ис;ю KoTophix на один больше числа ступеHcifi вьшрямитсл», например три, в каждом из которых соединены (юследовательно син«ронизнрг>ванный сетьк> формирователь опорных I!xi IEhл ь OB, логический элемент И, вторым в«одом связанный с формирователем контрольных им у,)ьсов. и исполнительный орган, причем блок унравлсEIII» г.iBBного тиристорного выключателя конденсаторной батареи соединен с вы«одом ((ервого нснолн)(телы(ого органа, блоки управления выйр»мителя своими в«01ами связаны с блокоч выб0бора, входы которого соединены с выходамн остальных исполнительны«органов, а блоки управления инвертора соединены с выходами первого и последнего исполните.)ьны«органов, кроме того, вход блока управления тиристорного выключателя конденсаторной батареи источника управляющих импульсов тока I(ðåç блок задержки соединен с выходом последнего исполнительного органа. 2. Система Elo п. 1, отличаюи(аягя тем, ETo с целью блокировки исполнительны«орга)ци! от многократных срабатываний на границе сближения контрольного импх,)ьса с с001ветствук>щи м опор ны ч, вы «Од первого H(. EE0;I I I I!тельного органа связан со входоч своего формирователя oilopilhlx импульсов,;l Bhixoд последнего исполнители ного Opi ана — со в«010xE формирователя контрольных нм ольсoB. »ричем в цепи указании«связей введены элечеllты расширения длительности импульсов. Источники информапiill. нрнн»тыс Bo BE! Iiмание нри экспертизе: 1. Патент CLfJA ¹ 3703680, кл. 323,111, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР,¹ 275212), кл Н 02 J 3/18, 1964. 3. Авторское свидетельство СССР М 39678, кл. Н 02 J 3/18. 1973. бОб185 >РО7 2 ЦНИИПИ Государственного когиитета Совета Министров СССР по де»ам изо>>рстений и открытий! 13035, Москва, Ж -35, Ра» инская наб., д. 4/5 Филиал Г1ПП:..Г!атент», г. Ужгород. ул. Проектная, 4 Редактор В. Фельдман Заказ 2464/42 Составитель К. Фотина Техред О. Луговая Корректор Д. Мельниченко Тираж 892 Г!одписное
