ТРЕХБЛОЧНАЯ 2M-ФАЗНАЯ КОМПЕНСИРОВАННАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Ю.И.ХОХЛОВА Российский патент 1999 года по МПК H02M7/68 

Изобретение относится к системам электроснабжения на основе силовой преобразовательной техники и может быть использовано для питания установок электротехнологии (электрографитации, электролиз, электротермия и др.), электрофицированного транспорта, установок специального назначения выпрямленным током. Оно может быть использовано и для обратного преобразования постоянного напряжения в переменное.

Известна двухблочная 2m-фазная некомпенсированная преобразовательная система электроснабжения, содержащая два m-фазных преобразовательных блока, каждый из которых состоит из m-фозного выпрямительного преобразования и m-фазного преобразовательного трансформатора [1]. Выбором соответствующей фазности блока обеспечивается допустимый уровень гармонического воздействия системы как на питающую сеть, так и на нагрузку. Однако данная система имеет низкий коэффициент мощности из-за значительного потребления из питающей сети реактивной мощности.

Известна двухблочная 2m-фазная компенсированная преобразовательная система электроснабжения, содержащая первый и второй m-фазные преобразовательные блоки, каждый из которых состоит из m-фазного выпрямительного устройства, m-фазного преобразовательного трансформатора и трехфазного реактора, и трехфазную конденсаторную батарею, причем трансформаторы блоков соединены по схемам, обеспечивающим сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного блока по отношению к другому на угол π /m, а образующие компенсирующее устройство трехфазны реакторы блоков и трехфазная конденсаторная батарея включены по схеме фильтра нечетнократных гармоник токов преобразовательных блоков [2].

Такая система, выбранная в качестве ближайшего аналога, за счет искусственной коммутации вентилей, осуществляемой компенсирующим устройством, имеет высокий коэффициент мощности, недостатком ее является относительно невысокая надежность электроснабжения ответственных потребителей (например, потребителей первой и второй категории и особой группы). Действительно, при любой аварийной ситуации в одном из m-фазных блоков (пробои вентилей, короткие замыкания в трансформаторе блока, обрывы любых ветвей блока и т.п.) вся 2m-фазная система электроснабжения становится неработоспособной и должна быть на длительное время выведена из работы. Последнее для ответственных потребителей недопустимо.

Изобретение решает задачу повышения надежности систем электроснабжения, построенных на основе многофазных компенсированных преобразователей с нечеткократными гармониками токов в конденсаторах компенсирующих устройств. Для этого 2m-фзная компенсированная преобразовательная система электроснабжения, содержащая первый второй m-фазные преобразовательные блоки, каждый из которых состоит из m-фазного выпрямительного устройства m-фазного преобразовательного трансформаторов и трехфазного реактора, и трехфазную конденсаторную батарею, причем трансформаторы блоков соединены по схемам, обеспечивающим сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного блока по отношению к другому на угол π/m, а образующие компенсирующее устройство трехфазные реакторы блоков и трехфазная конденсаторная батарея включены по схеме фильтра нечеткократных гармоник токов преобразовательных блоков, снабжена третьим резервным m-фазным преобразовательным блоком с m-фазным выпрямительным устройством, m-фазным преобразовательным трансформатором и трехфазным реактором с переключаемыми схемами соединения обмоток трансформатора и реактора, причем при работе резервного блока одновременно с первым m-фазным преобразовательным блоком трансформатор и реактор резервного блока включены по схемам, аналогичным схемам трансформатора и реактора второго блока, а при работе резервного блока одновременно со вторым m-фазным преобразовательным блоком трансформатор и реактор резервного блока включены по схемам, аналогичным схемам трансформатора и реактора первого блока. Сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного блока по отношению к другому осуществлен либо за счет сетевых или вентильных обмоток, либо за счет предвключенных фазаповоротных устройств преобразовательных трансформаторов.

На рисунке представлена принципиальная однолинейная схема одного из возможных вариантов компенсированной преобразовательной системы электроснабжения, а именно, 12-фазной системы с шестифазными (m=6) диодными блоками, выполненными по нулевой схеме, с включением компенсирующего устройства на стороне высшего напряжения преобразовательных трансформаторов и с параллельным включением блоков по отношению к питавшей сети и нагрузке. Сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного блока по отношению к другому здесь осуществлен за счет сетевых обмоток преобразовательных трансформаторов. Система содержит первый 1, второй 2 и третий резервный 3 преобразовательные блоки, состоящие из шестифазных выпрямительных устройств 4, 5 и 6, шестифазных преобразовательных трансформаторов 7, 8 и 9 и трехфазных реакторов 10, 11 и 12, трехфазную конденсаторную батарею 13 и коммутационную аппаратуру, условно показанную разъединителями 14 - 22. Сетевые обмотки трансформаторов 7 и 8 блоков 1 и 2 соединены в звезду и треугольник, что обеспечивает сдвиг мгновенных фазных напряжений на соединенных по схеме "прямая и обратная звезда с уравнительным реактором" вентильных обмотках этих трансформаторов на 30 эл. град. Сетевая обмотка трансформатора 9 блока 3 выполнена с возможностью переключения со звезды на треугольник и обратно при сохранении величины напряжения на вентильных обмотках. Первичные обмотки реакторов 10, 11 и 12 выполнены по схеме "разомкнутая звезда" и включены пофазно последовательно в рассечку линии, питающей трансформаторы 7,8 и 9. Вторичные компенсационные обмотки реакторов 10 и 11 блоков 1 и 2 соединены в прямую и обратную звезды. Вторичная компенсационная обмотка реактора 12 блока 3 выполнена с возможностью переключения с прямой звезды на обратную и наоборот. Трехфазная конденсаторная батарея 13 включена по любой схеме трехфазной электрической цепи.

Работа предлагаемой трехблочной 2m-фазной компенсированной преобразовательной системы электроснабжения осуществляется следующим образом. В нормальном режиме работы включены аппараты 14, 15, 17, 18, 20, 21 и отключены аппараты 16, 19, 22. Работают блоки 1 и 2. При этом в конденсаторную батарею 13 фильтруются нечетнократные пятые, седьмые, семнадцатые, девятнадцатые и т. п. гармоники входных токов преобразовательных блоков 1 и 2. Эти гармоники токов создают на конденсаторной батарее 13 напряжения, состоящие из одноименных гармоник. Напряжения на конденсаторной батарее осуществляют искусственную коммутацию вентилей в выпрямительных устройствах 4 и 5 блоков 1 и 2. В результате система электроснабжения работает с высокими энергетическими показателями. При аварии в первом блоке отключаются аппараты 14, 17, 20 и включаются аппараты 16, 19, 22. При этом сетевая обмотка трансформатора 9 соединяется в звезду, аналогичную звезде сетевой обмотки трансформатора 7, а вторичная компенсационная обмотка реактора 12 соединяется в звезду, аналогичную звезде вторичной обмотки реактора 10. В этом режиме работают блоки 2 и 3. Та же конденсаторная батарея 13, перезаряжаемая теми же гармониками входных токов теперь уже блоков 2 и 3, обеспечивает искусственную коммутацию вентилей выпрямительных устройств 5 и 6. Как и в нормальном режиме система электроснабжения работает с высокими энергетическими показателями. При аварии во втором блоке отключаются аппараты 15, 18, 21 и включаются аппараты 16, 19, 22. При этом сетевая обмотка трансформатора 9 соединяется в треугольник, аналогичный треугольнику сетевой обмотки трансформатора 8, а вторичная компенсационная обмотка реактора 12 соединяется в звезду, аналогичную звезде вторичной обмотки реактора 11. В этом режиме работают блоки 1 и 3. Вновь та же конденсаторная батарея 13 выполняет ту же функцию, перезаряжаясь теперь нечетнократными гармониками входных токов блоков 1 и 3. Система электроснабжения, как и ранее, работает с высокими энергетическими показателями.

Технико-экономическая эффективность применения предлагаемой системы электроснабжения определяется, во-первых, повышением надежности электроснабжения. При аварии в любом из ее основных преобразовательных блоков она остается работоспособной и экономичной. Это особенно важно для ответственных потребителей, перерывы электроснабжения которых приводят к значительному экономическому ущербу. Во-вторых, резервирование в предлагаемой системе выполнено только с помощью одного универсального резервного m-фазного блока с переключаемыми схемами соединения обмоток трансформатора и реактора, а не всей системы. В результате капитальные затраты на резервирование снижаются практически в два раза.

Источники информации
1. Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989, рис. 1.14, с. 24.

2. Патент РФ N 1781794, "2m-фазный компенсированный преобразователь переменного напряжения в постоянное и обратно", Ю.И.Хохлов, Я.Л.Фишлер, Л.М. Пестряева и др. Бюл. изоб. N 46, 1992.

Изобретение относится к системам электроснабжения на основе силовой преобразовательной техники, преобразующим электрическую энергию переменного тока в энергию постоянного тока и наоборот. Для повышения надежности 2m-фазная компенсированная преобразовательная система электроснабжения, содержащая первый и второй m-фазные преобразовательные блоки, каждый из которых состоит из m-фазного выпрямительного устройства, m-фазного преобразовательного трансформатора и трехфазного реактора, и трехфазную конденсаторную батарею, причем трансформаторы блоков соединены по схемам, обеспечивающим сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного блока по отношению к другому на угол π/m, а образующие компенсирующее устройство трехфазные реакторы блоков и трехфазная конденсаторная батарея включены по схеме фильтра нечетнократных гармоник токов преобразовательных блоков, снабжена третьим резервным m-фазным преобразовательным блоком с m-фазным выпрямительным устройством, m-фазным преобразовательным трансформатором и трехфазным реактором с переключаемыми схемами соединения обмоток трансформатора и реактора, причем при работе резервного блока одновременно с первым m-фазным преобразовательным блоком трансформатор и реактор резервного блока включены по схемам, аналогичным схемам трансформатора и реактора второго блока, а при работе резервного блока одновременно со вторым m-фазным преобразовательным блоком трансформатор и реактор резервного блока включены по схемам, аналогичным схемам трансформатора и реактора первого блока. Изобретение может быть использовано для питания установок электротехнологии (электрографитация, электролиз, электротермия и др.), электрофицированного транспорта, установок специального назначения. Технический результат - повышение надежности электроснабжения и экономичности. 3 з.п. Ф-лы, 1 ил.

1. Трехблочная 2m-фазная компенсированная преобразовательная система электроснабжения, содержащая первый и второй m-фазные преобразовательные блоки, каждый из которых состоит из m-фазного преобразовательного трансформатора, подключенного к его вентильным обмоткам m-фазного выпрямительного устройства и трехфазного реактора, и трехфазную конденсаторную батарею, причем m-фазные преобразовательные трансформаторы m-фазных преобразовательных блоков соединены по схемам, обеспечивающим сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного m-фазного преобразовательного блока по отношению к другому на угол π/m, а образующие компенсирующее устройство трехфазные реакторы m-фазных преобразовательных блоков и трехфазная конденсаторная батарея включены по схеме фильтра нечетнократных гармоник токов m-фазных преобразовательных блоков, отличающаяся тем, что снабжена третьим резервным m-фазным преобразовательным блоком с m-фазным преобразовательным трансформатором, подключенным к его вентильным обмоткам m-фазным выпрямительным устройством и трехфазным реактором с переключаемыми схемами соединения обмоток m-фазного преобразовательного трансформатора и трехфазного реактора, причем при работе резервного m-фазного преобразовательного блока одновременно с первым m-фазным преобразовательным блоком m-фазный преобразовательный трансформатор и трехфазный реактор резервного m-фазного преобразовательного блока включены по схемам, аналогичным схемам m-фазного преобразовательного трансформатора и трехфазного реактора второго m-фазного преобразовательного блока, а при работе резервного m-фазного преобразовательного блока одновременно со вторым m-фазным преобразовательным блоком m-фазный преобразовательный трансформатор и трехфазный реактор резервного m-фазного преобразовательного блока включены по схемам, аналогичным схемам m-фазного трансформатора и трехфазного реактора первого m-фазного преобразовательного блока. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного m-фазного преобразовательного блока по отношению к другому осуществлен за счет сетевых обмоток m-фазных преобразовательных трансформаторов. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного m-фазного преобразовательного блока по отношению к другому осуществлен за счет вентильных обмоток m-фазных преобразовательных трансформаторов. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сдвиг мгновенных значений вторичных фазных напряжений одного m-фазного преобразовательного блока по отношению к другому осуществлен за счет предвключенных фазоповоротных устройств m-фазных преобразовательных трансформаторов.