Электрический фильтр-компенсатор

 

/ (54)ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР- КОМПЕНСАТОР

Изобретение относится к электроэнергетике и может найти широкое применение в силовой преобразовательной технике, например, передачах постоянного тока.

Известны I с — фильтры, прецназнаФ ченные цля снижения искажений в кривой напряжения, вызванных работой преобразовательных устройств. Для повышения технико-экономического показателя та10 ких фильтров на них возлагают две задачи: шунтирование высших гармоник тока, генерируемых преобразовательными устройствами, и генерирование реактивной мощности Г1).

Эффективность работы таких фильтров компенсаторов существенным образом зависит от .постоянства частот на шинах присоединения, стабильности параметров элементов фильтра. Повышение эффективности работы достигается путем регулирования в некотором диапазоне параметра одного из элементов фильтра - ком2

А пенсатора - емкости конденсаторной батареи, либо индуктивности реактора.

Наиболее близким к предлагаемому является электрический фильтр, эффективность работы которого повышается за счет регулирования величины инцуктивности. Этот фильтр, кроме конденсаторной батареи и основной инцуктивности, соециненных послецовательно, имеет цо полнительную индуктивность, которая че рез биполярный вентильный ключ включе на параллельно основной инцуктивности.

Изменением угла запаздывания вклю-, чения вентилей ключа регулируетая цли тельность проводящего состояния вентилей и, следовательно, величина эквивалентной инцуктивности фильтра, что позволяет поцстраивать резонансную частоту фильтра в точном соотношении с частотой фильтруемого тока, повышая, таким образом, эффективнесть работы фильтра.

Укаэанный фильтр, эффективен в том числе. если величина тока частоты фильт.-. рации значительно превышает величины токов всех других гармоник j2g.

Недостатком данного фильтра является низкая эффективность при работе в качестве фильтра-компенсатора, так как через фильтр-компенсатор прохоцит ток, имеющий цве составляющие: первой гармоники и гармоники частоты фильтрации.

В общем случае величины составляющих тока через фильтр-компенсатор одного поряцка, поэтому длительность проводящего . состояния вентилей ключа опрецеляется, в основном, током кривой первой гармо-, . ники, что значительно ограничивает диапазон плавного регулирования величины эквивалентной инцуктивности фильтракомпенсатора на частоте фильтруемой гармоники. Если величина тока первой гармоники превышает величину тока гармоники фильтрации, плавное регулирование эквивалентной инцуктивности на частоте тока фильтрации становится невозможным.

К недостатку этого фильтра слецует также отнести большую величину рабочего напряжения цополнительной индуктивности и биполярного вентильного ключа, равную величине рабочего напряжения основной инцуктивности.

Цель изобретения - повышение эффек« тивности работы при произвольном соотношении межцу величинами токов первой. и фильтруемой гармоник.

Указанная цель достигается тем, что электрический фильтр-компенсатор для электрических сетей, соцержащий основную конденсаторную батарею и основной реактор, соединенные последовательно, и цепочку из послецовательно соединенных донолнительного реактора и биполярного вентильного ключа, снабжен дополнительной конденсаторной батареей, включенной послецовательно с основной конденсатор», ной батареей и основным реактором, причем один вывоц дополнительного конден<-.. сатора подсоединен к одному иэ выводов реактора, а ко второму выводу дополнительного конденсатора подсоединен вывод цепочки, при этом основной реактор выполнен с отпайкой, к которой подсоединен второй вывоц цепочки.

В качестве дополнительной конденсаторной батареи может быть исцользова» на часть конденсаторов основной конденсаторной батареи.

На фиг. 1 и 2 приведены принципиальные схемы предлагаемого фильтра-йомпен сатора.

Электрический фильтр-компенсатор (фиг. 1) содержит основную конденсатор45 ()

Эх в Х, + КХЭ

- сопротивление вспомогательного фильтра, образованное конденсатором 3 и индуктивностью 2;

- сопротивление дополнительной.инцуктивности 4;

- функция, изменяющаяся от

1 до ce. и зависящая от цлительности проводящего состояния биполярного вентильного ключа 5. где Н

Х

13586 4 ную батарею 1, последовательно соециненные с ней основную инцуктивность 2 и дополнительную конденсаторную батарею 3, и цепь иэ последовательно соединенных цополнительной инцуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5, ñîåдиненную с выхоцом дополнительной конденсаторной батареи и отпайкой 6 основной инцуктивности 2.

i0 Устройство работает следующим образом.

Для того, чтобы регулировать величину эквивалентной инцуктивности фильтра-компенсатора, повышая таким образом эффективность его работы, независимо от соотношении токов первой и фильтруемой гармоник, последовательно с основной инцуктивностью 2 включается цополнительная конденсаторная батарея 3. Основная индуктивность 2 и дополнительная конденсаторная батарея 3 образуют вспомогательный фильтр, собственная частота которого равна частоте первой гармоники.

На-частоте первой. гармоники входное сопротивление вспомогательного фильтра равно нулю; поэтому ток первой гармоники полностью проходит через вспомогательный фильтр и отсутствует в цепи иэ дополнительной инцуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5, которая включена параллельно вспомогательному фильтру (на фиг. 1 показано пунктирной линией). На частоте фильтруемой гармоники входное сопротивление вспомогательного фильтра носит индуктивный характер.

Поскольку дополнительная инцуктив.ность шунтирует вспомогательный фильтр

I только в течение части периода фильтруемой гармоники тока, определяемой деятельностью ровоцящего состояния биполярного вентильного ключа 5, эквивалентное индуктивное сопротивление фильтракомпенсатора на частоте фильтруемой гармоники тока равно

8135&

1$

2 4 ХО+ КХ$

Длительность проводящего состояния и, следовательно, величина коэффициента 9 зависит от величины угла запаздывания включения биполярного вентильного ключа 5. Таким образом, применение вспомогательного фильтра обеспечивает частоту коммутации биполярного вентильного ключа 5 с частотой фильтруемой гармоники независимо от соотношения величин первой и фильтруемой гармоник тока, а изменение величины угла запаздывания включения биполярного вентильного ключа 5 позволяет подстраивать резонансную частоту предлагаемого фильтра-компенсатора в точном соответствии с частотой фильтруемой гармоники тока.

Для снижения величины рабочего нап« ряжения дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5 основная индуктивность 2 снабжена отпайкой 6. Бень из дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5 включена через отпайку 6 параллельно вспомогательному фильтру, образованному частью основной индуктивности 2 и дополнительной конденсаторной батареей 3.

Поскольку на частоте фильтруемого тока сопротивление вспомогательного фильтра составляет только часть эквивалентного индуктивного сопротивления предлагаемого фильтра-компенсатора, величина напряжения, приложенного к до-. полнительной индуктивности 4 и биполяр ному вентильному ключу 5, составляет только часть напряжения, приложенного к эквивалентной индуктивности фильтракомпенсатора. Эквивалентное индуктивное сопротивление предлагаемого фильтракомпенсатора на частоте фильтруемого тока равно: где X> - сопротивление основной индуктивности 2;

Х, - сопротивление вспомогательного фильтра;

X+ - сопротивление дополнительной индуктивности 4;

$0

К - функция, изменяющаяся от 1 до со и, зависящая от длительности проводящего состояния биполярного вентильного ключа 5.

С целью конструктивного упрощения схемы, приведенной на фиг. 1, предлагается часть основной конденсаторной батареи использовать в качестве дополнительной конденсаторной батареи.

6 6

Электрический фильтр-компенсатор (фиг. 2) содержит основную конденсаторную батарею 1 и последовательно соединенную с ним основную индуктивность 2. .Дополнительная конденсаторная батарея

3 является частью основной конденсаторной батареи 1. Дополнительная батарея

3 и последовательно включенная с ней основная индуктивность 2 образуют вспомогательный фильтр. цепь из последовательно соединенных дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа шунтирует вспомогательный фильтр. Основная индуктивность 2 снабжена отпайкой 6.

Для регулирования величины эквивалентной индуктивности предлагаемого фильтра-компенсатора (на фиг. 2 показано пунктирной линией), с целью подстройки его собственной частоты независимо от соотношении токов первой и фильтрую щей гармоник, вспомогательный фильтр настроен на частоту первой гармоники.

Поэтому в цепи, состоящей из последовательно включенных дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5, отсутствует ток первой гармоники и биполярный вентильный ключ 5 коммутирует с частотой фильтруемой гармоники. Величина эквивалентного индуктивного сопротивления фильтра-компенсатора на частоте фильтрации определяется из выражения (1 ), Для снижения величины рабочего напряжения дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5 основная индуктивность 2 снабжена отпайкой 6. цепь из дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного клю ча 5 включена через отпайку 6 параллельно вспомогательному фильтру, образованному частью основной индуктивности 2 и дополнительной конденсаторной батареей

3, являющейся частью основной конденсаторной батареи 1.

Поскольку на частоте фильтруемого тока за счет отпайки 6 сопротивление вспомогательного фильтра составляет часть эквивалентной индуктивности предлагаемого фильтра-компенсатора, величина напряжения, приложенного к дополни тельной индуктивности 4 и биполярному вентильному ключу 5, составляет только часть напряжения, приложенного к эквивалентной индуктивности фильтра-компенсатора. Величина эквивалентного индуктивного сопротивления фильтра-компенсатора на частоте фильтрации определяется из выражения (2).

813586

Применение отпайки у основной индуктивности в предлагаемом фильтре-компенсаторе позволяет не только снизить рабо чее напряжение, но и уменьшить величину дополнительной индуктивности. Снижение параметров дополнительной инцуктивности позволяет использовать ее в качестве аноцного реактора биполярного вентильного ключа, конструктивно объединив их в единый аппарат. ю

Введение в состав вспомогательного фильтра позволяет исключйть ток и напряжение первой гармоники в цепи цоцолнительной индуктивности и биполярного вентильного ключа и, следовательно, регу- 4S лировать его резонансную частоту независимо от соотношения токов первой и фильтруемой гармоник, что повышает эффектив» ность фильтра-компенсатора.

Использование для вспомогательного .: 2ô фильтра основной индуктивности и части основной конденсаторной батареи упрощает схему и не требует дополнительнйх затрат на сооружение фильтра-компэнсатора, так как в связи с повышением напря . 2% жения на основной конденсаторной бата» рее фильтра-компенсатора, вызванного к включением послецовательной индуктивности, в ней устанавливаются избыточные

«онценсаторы. В предлагаемом фильтре» уй компенсаторе эти избйточные конденса» торы собраны в. дополнительную концеы« саторную батарею.

Компенсация индуктивного сопротивления или части его основной .инцуктивности емкостным сопротивлением дополнительной конденсаторной батареи позволяет повысить величину генерируемой реактивной мощности прецлагаемого фильтракомценсатора, что также приводит к повышению его эффективности.

Применение основной индуктивности с отпайкой позволяет снизить уровень рабо» чего напряжения на цополнительной индуктивности и биполярном вентильном

«люче и уменьшить их стоимость, а также цает воэможность испольэовать дополнительную индуктивность в качестве аноцного реактора биполярного вентильного ключа, конструктивно объецинив их в единый аппарат. Это позволяет упростить схему предлагаемого фильтра-компеисатора, сцапать ее более уцобной в.монтаже и эксплуатации.

Формула изобретения

l. Электрический фильтр-компенсатор для электрических систем, соаержащий основную конденсаторную батарею и. основной реактор, соединенные послецовательно, и цепочку из последовательно соединенных цополнительного реактора и биполярного вентильного ключа, о т « л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности работы при произвольном соотношении между величинами токов первой и фильтруемой гар-. моник, он снабжен аополнительной конаенсаторной батареей, включенной послеаовательно с основной конценсаторной батареей и основным реактором, причем оцин вывод дополнительного конаенсатора подсоединен к одному из вывоцов реактора, а ко второму вывоцу дополнительного конденсатора подсоединен вывод цепочки, при этом основной реактор выпол« нен с отпайкой, к которой подсоединен второй вьжоц цепочки.

3. Электрический фильтр по и. 1, отличающийся тем, что в качестве дополнительной конденсаторной батареи использована часть конденсаторов основной конаенсаторной батареи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Поссе А. Ь. Схемы и режимы электроцередач постоянного тока. Л., Энергия, 1973, с. 227-228.

2. Авторское свидетельство СССР

М 432634, кл, Н 02 3 1/02, 1971.

813586

Ч фиг.2

Составитель Л. Дементьева

Редактор Е. Дорошенко ТекредТ.Маточка Корректор Н. Степ

Заказ 787/70 Тираж 675 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент r. Ужгород, ул. Проектная, 4