Устройство для симметрирования трехфазных сетей

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцквлмстмческнх

Республик

<»>961043 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 03.02.81 (2! ) 3243287<24 07 с присоединением заявки № (28) Приоритет (51 ) M. Кл.

Н 02 J 3/26

Гооударстоенный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 23.09.82. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 23.09.82 (53) УДK 621.316. .7612.072.7 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. Я. Минц, В. Н, Чннков, О. Г. Гриб и В. И. Анохин ,,-ф : < < Я

1 с. -< ;7Х ч1<г. "" СЫМ (7l } Заявитель

< .а.гж ае(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ

СЕТЕЙ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано лля осуществления автоматического симметрирования токов трехфазной четырехпроводной сети при подключении к ней несимметричной трехфазной нагрузки.

Известно устройство для автоматического регулирования симметрии и уровня напряжений трехфазной системы, содержащее два исполнительных органа параллельного и последовательного включения, измерительно †регулирующ органы токов обратной последовательности и системы регулирования напряжения и опера ционные усилители (I).

Основными недостатками такого устройства являются сложность схем управления элементами исполнительного органа, низкое быстродействие, ограниченное поисковым методом перестройки элементов исполнительного органа, и низкая точность при симметрировании четы- эв рехпроводных трехфазных сетей, обусловленная тем, что такое устройство не позволяет компенсировать несимметрию, вызываемую токами нулевой последовательности.

Известно также устройство для стабилизации симметрии токов многофазной системы, содержащее последовательно соединенные фильтр токов обратной последовательности, фазочувствительные выпрямители на каждую фазу, подключенные по другим входам к фазорегулирующему устройству, линейные усилители, исполнительный орган (2) .

К недостаткам этого устройства следует, от: нести невысокие быстродействие и точносп, симметрирования. Невысокое быстродействие обусловлено наличием операции уравновешивания, которая осуществляется поиском требуе мой фазовой ориентации координатных полуосей с помощью фазорегулирующего устройства.

Это же приводит к динамической погрешности.

К тому же такое устройство не позволяет компенсировать токи нулевой последовательности, что также ограничивает его точность при ис1 пользовании в четырехпроводных трехфазных сетях.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для симметрирования трехфаз.ных сетей, содержащее фильтр токов обратной

961043 последовательности, датчик действующего значения напряжения, три фазочувствительных выпрямителя, два фазовращателя, три измерителя отношения двух напряжений итрнлиней-. ных усилителя, подключенных к трехэлементному исполнительному органу компенсирующе му токи обратной последовательности, причем первые входы всех фазочувствительных выпрямителей объединены между собой и подключены на одно из напряжений сети, вторые 10 входы выпрямителей, одного непосредственно и двух других через фазовращатели, подключены к выходу фильтра токов обратной последовательности, выходы выпрямителей соединены с первыми входами измерителей отношения двух напряжений, вторые входы которых подключены к выходу датчика действующего зна. чения напряжения, а выходы к линейным усилителям (3) .

Недостатком этого устройства является невысокая точность симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей, так как оно обеспечивает компенсацию только одной составляющей — токов обратной последовательности и не позволяет компенсировать другую составляю- эч щую — токи нулевой последовательности.

Цель изобретения — повышение точности симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей за счет компенсации токов нулевой последовательности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для симметрирования трехфазных сетей, содержащее датчик действующего значения напряжения, фильтр токов обратной последовательности и блок преобразования, состоящий из двух фазовращателей, трех фазочувст35 вительных выпрямителей, трех измерителей отношения двух напряжений, причем первые входы всех фазочувствительных выпрямителей объединены между собой и подключены на

40 одно из напряжений сети, вторые входы выпрямителей, одного непосредственно и двух других через фазовращатели, подключены к выходу фильтра токов обратной последовательности, а выходы выпрямителей соединены с первыми входами измерителей отношения двух напряжений, вторые входы которых подключены к выходу датчика действующего значения напряжения, дополнительно введены соединенные последовательно фильтр токов нулевой последовательности, второй блок преобразования, содержащий два фазовращателя, три фазочувствительных выпрямителя и три измерителя отношения двух напряжений и три дополнительных линейных усилителей, подключенных к исполнительйому органу, который выполнен SS шестиэлементным для компенсации токов как обратной, так и нулевой: последовательностей, а также три блока разностей, входы которых попарно подключенЬ к выходам соответствующих измерителей отношения двух напряжений первого и второго блоков преобразования, а выходы — к входам первой группы линейных усилителей.

На чертеже приведена блок — схема устройства.

Устройство содержит трехфазный источник

1 питания, трехфазную переменную нагрузку 2, фильтр 3 токов обратной последовательности, фильтр 4 токов нулевой последовательности, датчик 5 действующего значения напряжения, блоки 6 и 7 преобразования, каждый из которых содержит фаэовращатели 8 на -120 и фазовращатели 9 на+120, по три фазочувствительных выпрямителя 10 и по три измерителя 11 отношения двух напряжений, линейные усилители 12, блоки

13 разностей и исполнительный орган 14. В отличие от известного в предлагаемом устройстве исполнительный орган 14 выполнен шестиэлементным, три из которых включены в треугольник, а трив звезду. Тем самым при определенных значениях параметров этих элементов обеспечивается компенсация токов. как обратной, так и нулевой последовательностей. Реактивные проводимости каждого иэ шести элементов регулируются независимо от других, а выполнены они таким образом, что могут принимать как индуктивный, так и емкостной характер.

Фильтры 3 и 4 токов обратной и нулевой последовательностей подключены к симметрируемой трехфазной сети. На датчик 5 действующего значения напряжения подано одно из линейных или фазных напряжений, например фазы А симметрируемой цепи. Выходы каждого фильтра 3 и 4 подключены к первым входам трех фазочувствительных выпрямителей 10, входящих в состав блоков 6 и 7 преобразования соответственно, следующим образом: к нервому выпрямителю непосредственно, к второму через фазовращатель 8 на-120 и к третьему через фазовращатель 9 на +120 . Вторые входы всех фазочувствительных выпрямителей 10 объединены между собой и подключены к фазе А, а выходы их соединены с первыми входами соответствующих измерителей 11 отношения двух напряжений, вторые входы которых объединены между собой и подключены к выходу датчика 5 действующего значения напряжения. Выходы измерителей 11 отношения двух напряжений блока 7 преобразования через линейные усилители 12 подключены к элементам исполнительного органа 14, соединенным в звезду и обеспечивающим компенсацию токов нулевой последовательности. К выходам всех измерителей 11 отношения двух напряжений блоков

6, 7 преобразования попарно подключены блоки

13 разностей следующим образом: первый блок

13 разности — к выходам первых измерителей. 961043!

5 го (4) 40 (6) Укажем также, что

SS (3) 11, второй блок 13 разности — к выходам второго измерителя 11 блока 6 преобразования и третьего измерителя 11 блока 7 преобразования, третий блок 13 разности — к выходам третьего . измерителя 11 блока 6 преобразования и вто- % рого измерителя 11 блока 7 преобразования.

Выходы блоков 13 разностей соединены через линейные усилители 12 с элементами исполнительного органа 14, соединенными в треугольник и обеспечивающими компенсацию токов обратной последовательности.

Рассмотрим принцип действия предлагаемогс устройства.

Вначале получим соотношения, положенные в основу его работы.

Условия компенсации токов обратной и нулевой последовательностей при симметричной системе напряжений можно записать в следую. шем виде с 1 о

1, = U (YI — ЗУ,) =-1г.;

С

1о = 1.! Yz = — о где 1г, 1о — комплексы токов нагрузки соответственно обратной и нулевой 2S последовательностей; с .с

t> lо — комплексы токов симметризатора (исполнительного органа), соответственно обратной и нулевой последовательностей; 30

U — действующее значение фазного напряжения сети;

YI, Уг, Yq — комплексы проводимостей, связанные с проводимостями элементов симметризатора YA, Ye„YC, 3S

УА0 YBC, YCg соотношениями

YY1- = 3(6 YA+ +а Ь VB+ +n26Yc }

3(6Yttc+ а YCA+ e 6 УАВ) (2) У =-" (УА+ п 6 УВ+ е 6 УС)

В этих выражениях а = е — оператор поворота на 120, 6 УА, 6УВ,4 УС, 6 УАЪ., Ь У, Ы,— параметры несимметричной части симметризатора, например

УА = УА — Уо, I

d УАЬ YAB Yо и где Уо, Yo — параметры симметричнои части симметризатора, определяемые равенствами

"(YA+ УЬ+ Ус) о = з(УАВ "SC+ VCa) УО =3("А УВ "д

= (УАВ+ УВС+ 0=0

Таким образом, в уравнения компенсации(1)

В о входят величины У!, У, Уг зависящие от шести параметров

4 Y„° 4 УВ 4 Ус 4 УАь 4 Yttc УсА

Так как эти шесть параметров связаны двумя условиями (3), то число независимых параметров равно четырем. С другой стороны, два комплексных уравнения (1) эквивалентны четырем вещественным уравнениям, из которых могут быть определены все шесть пара, метров с учетом двух дополнительных условий (3). Решение системы уравнений (1) с учетом условий (3) упрощается, если проводить его в симметричной форме. Выполнив операцию комплексного сопряжения в уравнениях (1) и воспользовавшись условиями (3), получим симметричную систему уравнений, связывающую приращения параметров элементов симметризатора (УА УВ С) ()

1 Ф.

3(А В С) 11 ! г Ф

ЛУА+ гVВ + ЬУ =0;

"(У + " УСА+ ЗУАВ)= (+ Io)

3 ВС А 30

3(8С СА АЬ) 30(г о)

ЬУ +ЬУС+ЬУ =0 где знак + — комплексное сопряжение.

Решая систему уравнений (4), находим

ЛУА= — — „ 1,„1,;

О 1пг(< 1о) 1 2j

Ь Ус = — — 1 (а 1о) г

I 30 г

ЫCÀ 30 1 и (а 1г — «» lo) АВ = 1„,(а 1г — а Io);

23 г

Подставляя в, выражения (5) комплексы токов lo = lo e, o и t = 12е, полУ-jq чим, ЛЬА=- „.1Ч,;

Ь ЬВ = — — - sin(чго — 120 );

23 . о

U, Л bC = — — sin (Чо+120)

930 @

6 ЬВ = (lг в1п 2 — lo «n tc)

Ы А= 1 11г sin (Mg +120 ) — lо а1п (Чо — 120 1

Ы цд 3 1 11г sin (Ч вЂ” 120 ) — 1о sin (90+120 ) ) 961043

Соотношения (6) позволяют определять параметрЫ симметризатора по известным значениям токов Io, I> нулевой и обратной последовательностей и сдвигу фаз Чо и Ч этих токов по отношению к опорному напряжению.

Эти соотношения и положены в основу работы предлагаемогб устройства.

Составляющая тока обратной последовательности с выхода фильтра 3 обратной последовательности поступает на первые входы трех фазочувствитепьных выпрямителей 10 .первого блока 6 преобразования, причем на второй и третий фазочувствитепьные выпрямители со сдвигом по фазе на — 120 и +120, осуществляемым фазоврашателями 8 и 9 соответственно.

Аналогично составляющая тока нулевой последовательности с выхода фильтра 4 нулевой последовательности подается на первые входы трех фазочувствительных выпрямителей 10 блока 7 преобразования. На другие входы 20 всех фазочувствительных выпрямителей 10 подается напряжение фазы А симметрируемой цепи. На выходе каждого из фазочувствитепьных выпрямителей 10 формируется напряжение, про. порциональное соответственно I g sinful, 2S

1г sin (Ч2 — 120 ) lг sin (gg +120 ) фазочувствитепьнь1ми выпрямителями блока 6 преобразования и lo sinЧо, lo sin (Чо --120 );

4 sin (Чо +120 ) — фазочувствитепьными выпрямителями блока 7 преобразования. С вы- 30 ходов фазочувствительных выпрямителей 10 напряжения поступают на первые входы измерителей 11 отношения двух напряжений, на другие входы которых подается действующее значение напряжения с выхода датчика 5. На выходах измерителей 11 отношения двух напряжений блока 7 преобразования образуются напряжения, пропорциональные приращениям па. раметров Л Ьд Ь Ь 8 ЬЬ с тех элементов симметризатора, которые предназначены для компенсации токов нулевой последовательности. Знак этих напряжений определяет характер приращения — индуктивный или емкостный.

Напряжения с вьгходов измерителей 11 попарно, согласно последним трем уравнениям системы 45 (6}, подаются на блоки 13 разностей, на выходах которых образуются сигналы, пропорциональные приращениям параметров ЬЬ6с ЛЬсд и Л bp,g симметризатора, компенсирующего токи обратной последовательности. Напряжения

50 с выходов измерителей 11 отношения двух напряжений Ьпока 7 преобразования и с выходов блоков 13 разностей усиливаются линейными усилителями 12 и подаются на исполнительный орган 14; в котором производится соответствующее изменение параметров реактив55

8 ных элементов. Причем, как следует из выра. жений (6), эти приращения связаны не только с токами обратной, но и нулевой последовательности. Тем самым обеспечивается повышение точности симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей за счет компенсации токов нулевой последовательности.

Формула изобретения

Устройство для симметрирования трехфазных сетей, содержащее линейные усилители, подключенные к исполнительному органу, датчик действующего значения напряжения, фильтр токов обратной последовательности и блок преобразования, состоящий из двух фазовращатепей, трех фазочувствительных выпрямителей, трех измерителей отношения двух напряжений, причем первые входы всех фазочувствитепьных выпрямителей объединены между собой и подключены к одной иэ фаз сети, вторые входы выпрямителей, одного непосредственно и.двух других через фаэовращатели, подключены к выходу фильтра токов обратной последовательнос ти, а выходы выпрямителей соединены с первыми входами измерителей отношения двух напряжений, вторые входы которых подключены к выходу датчика действующего значения напряжения,отличаюгцееся тем, что, с цепью повышения точности симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей, в него дополнительно введены соединенные последовательно фильтр токов нулевой последовательности, второй блок преобразования, содержащий два фазовращателя, три фазочувствительных выпрямителя и три измерителя отношения двух напряжений дополнительных линейных усилителей, подключенных к исполнительному органу, который выполнен шестиэлементным для компенсации токов как обратной, так и нулевой последовательности, а также три блока разностей, входы которых.попарно подключены к выходам соответствующих из- мерителей отношения двух напряжений первого и второго блоков преобразования, а выходы — к входам первой группы линейных усилителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР II 244495, кл. Н 02 J 3/26, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР У 243701, кл. Н 02 J 3/26, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР N 2920870, кл. Н 02 J 3/26, 1980 г.