Устройство для компенсации реактивной мощности сети и способ управления устройством
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
«»970560 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 090481 (21) 3269206/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет
Опубликовано ЗЫ082. Бюллетень ¹ 40
Дата опубликования описания 30.10.82
Р11М К з
Н 02 J 3/18
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
{$3) УДК 621. 316. .728, 13 (088. 8) 1
A.A ° яценко, В.В. Тропин и B.Ï. ТараканЬВ., :з " ..::,">;; з 1 :
j з
Отселение Всесоюзного злектсотехнического инститгютз им. В.И. Ленина в городе Тольятти (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ CETH И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ
УСТРОЙСТВОМ
Изобретение относится к электро-технике, а именно к устройствам компенсации реактивной мощности в сетях с резко переменной нагрузкой с помощью переключаемых ступенями фильтркомпенсаторов (статических генераторов реактивной мощности) и плавно регулируемых изменением фазы (угла) отпирания параллельно-встречных тиристоров линейных реакторов (статические потребители реактивной мощности).
Известны статические тиристорные компенсирующие (СТК) устройства, содержащие параллельно подключенные к зажимам питающей сети линейные коммутируемые параллельно-.встречны ми тиристорами с Фазным управлением и конденсаторно-реакторные фильтркомпенсаторы высших гармоник. В известных СТК-устройствах номинальная мощность компенсирующих (коммутируемых тиристорами) реакторов равна номинальной генерирующей (на основной частоте) мощности фильтр-компенсаторов, представляющих собой последовательное соединение конденсаторов и линейных фильтровых реакторов. В частности, в трехфаэных сетях ветви
;компенсирующий реактор - пара парад.лельно-встречных тиристоров между собой соединены треугольником, а ветви фильтр-компенсаторов — трехлучевыми звездами, что удовлетворяет требованиям минимизации высших гармоник тока, генерируемых самим компенсирующим устройством, и требованиям согласования параметров ,сети и серийно выпускаемых батарей шунтовых конденсаторов (1).
Недостатком известного устройства является большая номинальная мощность компенсирующего линейного реактора, являющегося в СТК-устройстве своего рода баластом, установка которого с точки зрения компенсации потребляемой мощности нагрузки не является необходимой и вызвана исключительно трудностью практической реализации непрерывного изменения генерируемой реактивной мощности вследствие быстродействующей коммутации Фильтр-компенсаторов. Увеличе?5 ние мощности компенсирующих реакторов приводит к увеличению установленной мощности (т.е. габаритов, стоимости) вентильной части CTK-устройства, уровня высших гармоник тела (т.е. к усложнению Фильтров) и
970560 снижению КПД компенсирующего устройства в целом .
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее одновременно компенсирующий реактор, коммутируемый тиристорами с фаэным управлением и фильтр-компенсаторы, подразделенные на несколько ступеней (секций), подключенных к сети коммутирующими аппаратами, работающими в ключевом режиме (2).
Однако в данном устройстве номинальная мощность реактора равна мощности минимальной ступени фильтркомпенсаторов, что одновременно определяет способ управления уст- ройством — переключение ступеней в моменты крайних значений углов отпирания тиристоров, Этот недостаток приводит к неустойчивой работе устройства на границах ступеней переключения фильтр-компенсаторов, к частоту срабатыванию их коммутирующих аппаратов и значительному отрицательному влиянию устройства на питающую сеть в моменты срабатывания коммутирующих аппаратов.В конечном счете это ограничивает функциональные возможности известного устройства и область его практического применения, а в определенных условиях приводит к его полной неработо" способности.
Цель изобретения — повышение надежности и функциональных возможностей °
Поставленная. цель достигается тем, что в устройстве для компенсации реактивной мощности сети, каждая фаза которого содержит компенсирующий реактор, подключенный к сети последовательно с встречно-параллельно соединенными тиристорами, и не менее двух фильтр-компенсаторов, состоящих из последовательно соединенных реакторов и конденсаторов, подключенных к сети через коммутационные элементы, обеспечивающие ступенчатое изменение уровня компенсации реактивной мощности, и блока управления, входы которого связаны с сетью, а выходы соединены с тиристорами и коммутационными элементами, компенсирующий реактор выполнен на номинальную мощность,.которая равна
Qp = 1, — 1,3 @ф „,„ где Qp — мощность компенсирующего реактора;
Q4, — мощность наибольшей степени фильтр-компенсатора. .В способе управления устройством для компенсации реактивной мощности сети, при котором на каждой ступени регулирования от блока управления полностью открывают тиристоры в цепи компенсирующего реактора, затем коммутируют соответствующую степень фильтр-компенсатора, начиная с минимальной по мощности, после чего тиристоры в цепи компенсирующего
5 реактора полностью закрывают, в течение примерно 0,02 с после коммутации в ступени фильтр-компенсатора открывают тиристоры в цепи компенсирующего реактора до обеспечения щ мощности этого реактора, соответствующей мощности коммутируемсй ступе.ни фильтр-компенсатора при увеличении компенсации, и до мощности, равной разности мощности реактора и коммутируемой ступени фильтр-компенсатора при снижении компенсации.
На фиг.1 приведена схема устройства для компенсации; на фиг,2 статическая характеристика, поясняющая принцип работы и способ управления устройством, Компенсируюшее устройство состоит иэ линейного компенсирующего реактора 1, включенного последовательно с парой 2 параллельно-встречных тиристоров 3 и 4 между входными зажимами (например, фаэными зажимами питающей сети) A и В, и фильтр-компенсаторов 5 — 7 высших гармоник, каждый из которых может содержать несколько параллельно включенных между собой фильтров (например, 5-ой, 7-ой гармоник и широкополосные), коммутируемых аппаратами.8-10, работающими в ключевом режиме (напЗэ ример, быстродействующими вакуумными выключателями). Регулирование суммарной компенсирующей (генерируемой) реактивной мощности Q производится изменением сочетания замкнутых
4() .аппаратов 8-10, а между уровнями ступенчатого регулирования — непрерывным плавным изменением углов отпирания (регулирования) тиристоров 3 и 4, что в общем случае может производиться автоматической системой 11 управления, на вход которой подают управляющий сигнал ь Х, равный разности сигналов задания
Х, и обратной связи Х . В зависимости от уровня сигнала ошибки ьХ система 11 управления формирует воздействия на изменение сочетания замкнутых аппаратов 8-10 (например, в простейшем случае, изменением сочетания положений своих управляющих контактов 12-14) и воздействия на изменение фазы (углов) импульсов управления отпирающих тиристоры
3 и 4 (блок 15). Принцип работы устройства в общем соответствует
60 управлению любых импульсно-непрерывных (воино-непрерывных) регуляторов и достаточно ограничиться его рассмотрением в разомкнутом режиме. Отличие заключается в особенностях
g5 моментов переключения ступеней
970560 фильтр-компенсаторов при увеличении и уменьшении уровней компенсирующей (реактивной) мощности, чтб поясняется диаграммами на статической характеристике Фиг.2.
Пусть производится непрерывное,5 монотонное увеличение уровня генерируемой мощности Q<. На первом участке (1) статической характеристики поддерживается неизменным уровень генерируемой мощности фильтр-компен- 10 саторов Q< и рост общей мощности Q+ производится уменьшением мощности, потребляемой реактором 1 (Qp), за счет увеличения углов отпирания тиристоров 3 и 4.
Ое = Ос„ где Qe = К<(Хос Хлад> i
Кп — коэффициент передачи системы управления тиристорами
3 и 4 (блок 15) .
При достижении углами управления тиристоров 3 и 4 значения, соответствующего точке 1; производится коммутация уровня мощности фильтркомпенсаторов Q „ 0с . При этом с целью сохраненйя неизменным уровня мощности Q в момент коммутации аппаратов 8 и 9 необходимо с помощью соответствующего изменения Х „р,установить угол отпирания тиристоров 3 и 4, соответствующий мощности Q<
= Qс — Q т.е. мощности, равной по величине ступени изменения. На статической характеристике это оз- начает переход от точки l в точку 35
1 и затем непрерывное монотонное регулирование Q< на участке (2) статической характеристики. Причем в отличие от известного возврат из точки 1 непосредственно в точку 1 4{) (например, в случае малых колебаний реактивной мощности в зоне точки 1) уже невозможен (чем и достигается положительный эффект уменьшения частоты переключения аппаратов 8-10 и обеспечение работоспособности устройства в каждой точке), а если и произойдет, то не мгновенно, а по достижении точки 1", в которой угол управления тиристорами 3 и 4 равен
Ji/2. Следовательно, дополненке статической характеристики компенсирующего устройства участком 1-1" (за счет увеличения на 20-ЗОВ установочной мощности реактоРа l) приводит к положительному эффекту, обеспечивающему расширение функциональных воэможностей компенсирующего устройства в целом.
При непрерывном монотонном уменьшении уровня генерируемой мощности
Q при достижении углами управления тиристорами 3 и 4 (фиг.l) значения
Х/2 (Q > — max) производится коммутация уровня мощности фильтр- компенса торов (например, Ос Qq ) . При 65 этом с целью сохранения неизменным после переключения (например, в течение перибда или его части) уровня мощности Q< в момент коммутации аппаратов 8-10 устанавливают угол отпирания тиристоров 3 и 4, соответствующий мощности Q р = QpH(Qy< — Q ) t где Q рн - номи н аль на я мощность реактора. Т.е. при переключении с верхнего уровня Q< на нижний реактивную мощность, потребляемую реактором, устанавливают равной номинальной мощ-ности реактора Q«a ступени изменяемой мощности фильтр-компенсаторов ьа с.
Описанный выше алгоритм является общим как для случая неравенства ступеней, так и для случая монотонного увеличения и уменьшения уровня генерируемой мощности. Отмеченная закономерность вытекает из необходи-. мости сохранения в момент переключения уровня Qg и обеспечения зоны плавного регулирования после перек:;лючения. Здесь следует-отметить, что в реальных сетях и реальных коммутирующих устройствах (с любым быстродействием) изменение уровня мощности фильтр-компенсаторов (даже при мгновенных реакциях системы ll управления и аппаратов 8-10) и изменение мощности реактора 1 не может происходить мгновенно, что объясняется периодичностью напряжения питающей сети. Т.е. реакция обратной связи Хо и сигнала управления 6Х при коммутациях аппаратов 8-10 может привести к отрицательному влиянию на питающую сеть послекоммутационных переходных процессов. Для исключения этого недостатка предлагается в следующий после коммутации ступеней фильтр-компенсаторьв период (в части периода) питающей сети углы отпирания тиривторов 3 и 4 сохранять постоянными, определяемыми описанным выше алгоритмом управления °
Как видно из диаграмм на фиг.2, интервалы уровней мощности Фильтркомпенсаторов при монотонном увеличении и уменьшении перекрывают друг друга, что исключает разрывы регулированной характеристики, неустойчивую работу устройства в определенных точках или черезмерное увеличение частоты .срабатывания коммутирующих аппаратов при регулировании на участках, близких к точкам переключения ступеней.
Положительный эффект достигается за счет увеличения номинальной мощности реакторов над мощностью ступеней изменения уровней мощности (примерно на 20-ЗОВ) фильтр"-компенсаторов и установки после переключения ступеней на период (часть периода) вполне определенных углов отпирания тиристоров, определяемых величинами
970560 ступеней изменения уровня переключаемой, мощности, номинальной мощностью реактора и направлением изменения (увеличения или уменьшения) переключаемой ступени мощности.
Формула изобретения
1. Устройство для компенсации реактивной мощности сети, каждая tO фаза которого содержит компенсирующий реактор, подключенный к сети последовательно с встречно-параллельно соединенными тиристорами, и не менее двух фильтр-компенсаторов, 15 состоящих из последовательно соединенных реакторов и конденсаторов, подключенных к сети через коммутационные элементы, обеспечивающие ступенчатое изменение уровня ком- 20 пенсации реактивной мощности,и блока управления, входы которого связаны с сетью, а выходы соединены с тирис-, торами и коммутационными элементами, а ю щ е е с я с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, компенсирующий реактор выполнен на номинальную мощность, которая равна
ОР= 1,2 — 1,3@Ф где Йр — мощность компенсирующего реактора;
Q4,„„ - мощность наибольшей ступени фильтр-компенсатора.
2. Способ управления устройством для компенсации реактивной мощности сети, нри котором на каждой ступени регулирования от блока управления полностью открывают тиристоры в цепи компенсирующего реактора, затем коммутируют соответствующую ступень фильтр-компенсатора, начиная с минимальной по мощности, после чего тиристоры в цепи компенсирующего реактора полностью закрывают, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения плавности регулирования, в течение примерно 0,02 с после коммутации в ступени фильтркомпенсатора открывают тиристоры в цепи компенсирующего реактора до обеспечения мощности этого реактора, соответствующей мощности коммутируемой ступени фильтр-компенсатора при увеличении кЬмпенсации, и до мощности, равной разности мощности реактора и коммутируемой ступени фильтр-компенсатора при снижении компенсации.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Р 251662, кл. Н 02 Х 3/16, 1969.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 744841, кл, Н 02 if 3/18, 1980
{прототип) .
970560 ос
Фиг. 2
Составителв
Тех е амская ред Ж.Кастелевич
Корректор A. Гриценко
Редактор K Ковач
Заказ 8413/69
Тираж 669
ВНИИПИ Государственного ко
Подписное ква, Ж-35, Раушская наб. 4
Фи д. 4 лиал ППП Пат
/5 атент, г. Ужгоро род, ул. Проектная, 4
