УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2009 года по МПК G05F1/70 H02J3/46 

Устройство для равномерного распределения реактивной мощности относится к области электротехники. Оно содержит дифференцирующие индукционные измерительные преобразователи тока и может быть использовано для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, например синхронными генераторами, снабженными регуляторами напряжения этих источников, путем регулирования ЭДС всех одновременно работающих источников напряжения, кроме одного, ведущего, в функции отклонения их реактивных токов от реактивного тока ведущего источника напряжения.

Известно устройство для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, снабженными регуляторами напряжения этих источников. Оно называется устройством токовой стабилизации и состоит из стольких первых групп катушек дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, по одному на каждый источник напряжения, сколько имеется входных зажимов у каждого регулятора. Причем каждая из катушек любой первой группы катушек индуктивно связана с одним из группы тех токопроводов тока нагрузки, которые подключены к регуляторам напряжения этих источников. Эти катушки соединены соответственно с выходными зажимами источников напряжения и входными зажимами регуляторов напряжения этих источников. В устройстве напряжение источника, подводимое к регулятору напряжения, складывается из фазного напряжения источника и напряжения на катушках. Так как последние напряжения много меньше напряжения источника, то имеют значение только те составляющие напряжения на катушках, которые пропорциональны реактивному току источника. Регулятор напряжения поддерживает напряжение на своих входных зажимах постоянным, воздействуя для этого на источник. При этом напряжение источника зависит от реактивной составляющей тока нагрузки. Благодаря использованию дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока такое устройство обладает значительно меньшими размерами и массой по сравнению с устройствами токовой стабилизации, основанными на применении трансформаторов тока [1].

Недостаток этого аналога заключается в изменении напряжения нагрузки под действием ее реактивного тока, вследствие чего ухудшается качество вырабатываемой электрической энергии.

От указанного недостатка свободно устройство для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, снабженными регуляторами напряжения этих источников, с одинаковым количеством входных зажимов у каждого регулятора, которое наиболее близко по технической сущности к заявляемому устройству и выбрано в качестве прототипа. Оно содержит столько групп катушек первых и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а также столько трансформаторов параллельной работы, сколько имеется входных зажимов у каждого регулятора. Причем каждая из катушек любой группы катушек первых и вторых дифференцирующих измерительных преобразователей индуктивно связана с одним из тех токопроводов тока нагрузки упомянутых источников напряжения, которые подключены между одноименными зажимами этих источников и одной из общих шин, к которым подключена нагрузка. Все дифференцирующие измерительные преобразователи, которые индуктивно связаны с токопроводами тока нагрузки какого-либо одного источника, образуют один комплект этих преобразователей. В прототипе количество комплектов дифференцирующих измерительных преобразователей равно количеству всех включенных на параллельную работу источников. Дифференцирующие измерительные преобразователи того комплекта, который измеряет токи нагрузки ведущего источника, относятся к разряду первых дифференцирующих измерительных преобразователей. Остальные комплекты преобразователей составляют совокупность вторых дифференцирующих измерительных преобразователей. Каждый из трансформаторов параллельной работы соединен с катушками только одной группы и имеет одинаковое число витков у всех обмоток. Взаимные индуктивности всех катушек дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока с токопроводами тока нагрузки имеют значения, обратно пропорциональные номинальным токам источников напряжения, к которым подключены эти токопроводы. Зажимы первичных обмоток трансформаторов параллельной работы подключены к выводам катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока. Вторичные обмотки любого трансформатора параллельной работы включены между входными зажимами регуляторов напряжения источников напряжения и началами тех катушек вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей, которые индуктивно связаны с токопроводами этих источников. Концы этих катушек подключены к тем выходным зажимам этих источников напряжения, к которым подключены указанные токопроводы [2]. Каждый регулятор напряжения поддерживает неизменным свой входной ток, который равен отношению модуля геометрической суммы напряжений источников, действующих во входной цепи этого регулятора, к суммарному сопротивлению этой цепи. Для ведущего генератора это сопротивление равно входному сопротивлению его регулятора напряжения, а для ведомого источника оно равно сумме трех слагаемых: входного сопротивления его регулятора напряжения, сопротивления дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока, индуктивно связанного с токопроводом тока нагрузки этого источника, и проходного сопротивления вторичной обмотки трансформатора параллельной работы. У ведущего источника упомянутая сумма напряжений источников равна одному слагаемому - фазному напряжению этого источника. У ведомого источника эта сумма состоит из трех слагаемых. Первое из них - это фазное напряжение этого источника. Второе слагаемое - это приведенная к вторичной обмотке трансформатора параллельной работы ЭДС, наведенная в одной из катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока ведущего источника током нагрузки этого источника. Третье слагаемое - это ЭДС, наведенная в одной из катушек вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока ведомого источника током нагрузки этого источника. Так как в нормальных режимах работы при нагрузке источников синусоидальными токами указанные ЭДС много меньше фазных напряжений источников, то имеют значение только те составляющие этих ЭДС, которые соответствуют реактивным составляющим токов нагрузки ведущего и ведомого источников. Причем ЭДС, соответствующая реактивному току ведомого источника, арифметически складывается с его фазным напряжением, а ЭДС, соответствующая реактивному току ведущего источника, арифметически вычитается из этой суммы. Регулятор напряжения ведущего источника в установившихся режимах работы поддерживает его напряжение постоянным, не зависящим от тока нагрузки. Практически такое же напряжение поддерживается и на общих шинах всех источников при изменении их общей нагрузки в допустимых пределах. Нужное значение этого напряжения устанавливается путем регулирования входного сопротивления регулятора напряжения ведущего источника. После выравнивания частоты любого ведомого источника с частотой ненагруженного ведущего источника и последующего подключения ведомого источника параллельно к ведущему источнику производится регулирование входного сопротивления ведомого источника так, чтобы имел место режим идеального холостого хода обоих источников. Напряжения обоих источников одинаковы, между ними не протекают уравнительные реактивные токи, и в каждой фазе входной цепи регулятора напряжения ведомого источника обе ЭДС, пропорциональные реактивным токам этого и ведущего источников, равны нулю. При подключении нагрузки токи нагрузки проходят по токопроводам, подключенным к выходным зажимам ведущего и ведомых источников. В каждой фазе входной цепи каждого регулятора напряжения ведомого источника появляются ЭДС, пропорциональные относительным значениям токов ведущего и ведомого источников (в долях от соответствующих номинальных токов). В установившемся режиме работы составляющие этих ЭДС, пропорциональные относительным значениям реактивных составляющих указанных токов, равны между собой по абсолютному значению и имеют противоположное направление. При этом относительное значение реактивного тока каждого ведомого источника (в долях от его номинального тока) равно относительному значению реактивного тока ведущего источника (в долях от его номинального тока). Если относительное значение реактивного тока ведомого источника меньше, чем у ведущего, то напряжение этого ведомого источника станет увеличиваться, что приведет к увеличению указанного тока. И, наоборот, напряжение ведомого источника станет снижаться, если относительное значение его реактивного тока меньше, чем у ведущего источника, что приведет к уменьшению указанного тока.

Этому устройству присущи три недостатка. Первый из них заключается в том, что те переключения в цепях устройства, которые, в случае необходимости, переводят ведомый источник в разряд ведущих или ведущий источник в разряд ведомых, можно проводить только после отключения нагрузки и погашения напряжений всех источников. Выполнение этого условия связано или с перерывом электроснабжения приемников электроэнергии, или с затратами на обеспечение их резервного питания. Этот недостаток обусловлен следующими причинами. При исключении вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей из входной цепи регулятора напряжения ведомого источника происходит разрыв этой цепи, и входное напряжение регулятора становится равным нулю. Без выведения этого источника из параллельной работы и без последующего гашения его напряжения происходит значительное, намного больше допустимого повышение напряжения такого источника, появление чрезмерных уравнительных токов между источниками. Близкая ситуация происходит и при отключении первых дифференцирующих индукционных преобразователей, измеряющих токи ведущего источника, от первичных обмоток трансформаторов параллельной работы. При этом возрастают проходные сопротивления вторичных обмоток трансформаторов параллельной работы, что влечет за собой увеличение как сопротивления входной цепи регуляторов, которые контролируют напряжения ведомых источников, так и чрезмерное увеличение этих напряжений.

Второй недостаток проявляется в увеличении времени, которое требуется для осуществления операций по переводу ведомого источника в разряд ведущих и ведущего источника в разряд ведомых. При проведении первой операции из входной цепи регулятора напряжения исключаются следующие элементы: катушки вторых дифференцирующих индукционных преобразователей тока и вторичные обмотки трансформаторов параллельной работы, а при проведении второй операции эти элементы дополнительно вводятся во входную цепь регулятора напряжения. В результате в обоих случаях изменяются суммарные сопротивления входных цепей регуляторов напряжения, что влечет за собой изменение уставок напряжений источников. Для компенсации этих изменений необходимо подрегулировать входные сопротивления регуляторов напряжения.

Третий недостаток заключается в том, что в прототипе используется столько трансформаторов параллельной работы, сколько входных зажимов имеется у регуляторов напряжения, что связано с излишним расходом проводниковых и магнитных материалов. Ведь известно, что несколько трансформаторов имеют большие суммарные значения габаритов и массы по сравнению с таким трансформатором той же суммарной расчетной мощности, у которого все обмотки размещены на одном магнитопроводе.

Первой задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение возможности осуществления операций по переводу ведомого источника в разряд ведущих и ведущего источника в разряд ведомых без отключения нагрузки, при сокращении времени выполнения этих операций.

Технический результат, который достигается при решении такой задачи, выражается в том, что указанные операции могут производиться без разрыва цепей обратной связи по напряжению источников, без отключения нагрузки, без вывода источников из параллельной работы и без подстройки входных сопротивлений регуляторов напряжения.

Для решения поставленной задачи в устройство для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, снабженными регуляторами напряжения этих источников, с одинаковым количеством входных зажимов у каждого регулятора, содержащее столько групп катушек первых и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а также столько трансформаторов параллельной работы, сколько имеется входных зажимов у каждого регулятора, причем каждая из катушек любой группы катушек первых и вторых дифференцирующих измерительных преобразователей индуктивно связана с одним из тех токопроводов тока нагрузки упомянутых источников напряжения, которые подключены между одноименными зажимами этих источников и одной из общих шин, к которым подключена нагрузка, кроме того, катушки как первых, так и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, индуктивно связанные с токопроводами тока нагрузки какого-либо одного из источников, образуют комплект из катушек всех групп, а каждый из трансформаторов параллельной работы соединен с катушками только одной группы и имеет одинаковое число витков у всех обмоток, при этом взаимные индуктивности всех катушек первых и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока с токопроводами тока нагрузки имеют значения, обратно пропорциональные номинальным токам источников напряжения, зажимы первичных обмоток трансформаторов параллельной работы подключены к выводам катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, относящихся к ведущему источнику напряжения, а вторичные обмотки любого трансформатора параллельной работы включены между входными зажимами регуляторов напряжения источников напряжения и началами тех катушек вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, которые индуктивно связаны с токопроводами этих источников, а концы этих катушек подключены к тем выходным зажимам этих источников напряжения, к которым подключены указанные токопроводы, внесены следующие отличия: в предлагаемое устройство введены столько дополнительных комплектов катушек дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, сколько имеется включенных на параллельную работу источников напряжения, причем каждый из них снабжается одним комплектом катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока и одним комплектом катушек вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а также выключатель, замыкающие контакты которого подключены параллельно зажимам первичных обмоток трансформаторов параллельной работы, а все входные зажимы регуляторов напряжения всех, как ведомых, так и ведущего источников соединены с соответствующими выходными зажимами источников указанными цепями, содержащими вторичные обмотки трансформаторов параллельной работы и катушки вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока.

Второй задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение массы и габаритов устройства, которое выявляет разность реактивных токов ведущего и ведомых источников.

Технический результат, который достигается при решении такой задачи, выражается в том, что несколько трансформаторов параллельной работы, которые использованы в прототипе, заменены одним, с одним магнитопроводом.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом устройстве однофазные трансформаторы параллельной работы заменены одним трансформатором, в магнитопроводе которого содержится столько стержней, сколько имеется входных зажимов у каждого регулятора напряжения, причем на каждом стержне размещены по одной первичной обмотке и столько вторичных обмоток, к скольким источникам напряжения подключено это устройство, при этом концы первичных обмоток указанного трансформатора соединены между собой, как и концы катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, индуктивно связанных с токопроводами тока нагрузки одного и того же любого источника напряжения, а начала первичных обмоток этого трансформатора подключены к началам катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока какого-либо из источников напряжения, который при этом становится ведущим.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи:

Признак «… в устройство введен выключатель, замыкающие контакты которого подключены параллельно зажимам первичных обмоток трансформаторов параллельной работы, …» позволяет производить замену ведущего источника напряжения другим, выполнявшим ранее функцию ведомого источника, без проведения операций отключения нагрузки и гашения напряжения всех источников. При этом исключается перерыв в электроснабжении нагрузки.

Признак «… все входные зажимы регуляторов напряжения всех, как ведомых, так и ведущего источников соединены с соответствующими выходными зажимами источников указанными цепями, содержащими вторичные обмотки трансформаторов параллельной работы и катушки вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока» позволяет поддерживать напряжение нагрузки постоянным, не зависящим от ее тока, и уменьшить время на проведение операции замены ведущего источника напряжения другим, выполнявшим ранее функцию ведомого источника. Приведенная к вторичной обмотке трансформатора параллельной работы ЭДС, которая наводится в любой катушке первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока ведущего источника током нагрузки этого источника, равна по абсолютному значению и противоположно направлена ЭДС, которая наводится в катушке той же группы вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока ведущего источника этим же током. При этом сумма напряжений источников, действующих во входной цепи регулятора напряжения ведущего источника, равна его напряжению. Указанный регулятор напряжения поддерживает напряжение ведущего генератора неизменным. Следовательно, и напряжение нагрузки практически не зависит от ее реактивного тока. При замене одних катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока другими, относящимися к источнику напряжения, который становится ведущим, проходные сопротивления вторичных обмоток трансформаторов параллельной работы остаются прежними. Поэтому отпадает необходимость подстройки входных сопротивлений регуляторов напряжения. На общих шинах источников после замены одного ведущего источника другим будет поддерживаться прежнее значение напряжения.

Признак «… однофазные трансформаторы параллельной работы заменены одним, в магнитопроводе которого содержится столько стержней, сколько имеется входных зажимов у каждого регулятора напряжения, причем на каждом стержне размещены по одной первичной обмотке и столько вторичных обмоток, к скольким источникам напряжения подключено это устройство, при этом концы первичных обмоток указанного трансформатора соединены между собой, как и концы катушек всех первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, индуктивно связанных с токопроводами тока нагрузки одного и того же любого источника напряжения, а начала первичных обмоток этого трансформатора могут быть подключены к началам катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока какого-либо из источников напряжения, который при этом становится ведущим» позволяет снизить суммарные значения массы и габаритов предлагаемого устройства при сохранении его функции. Этот результат объясняется тем, что суммарные значения массы и габаритов нескольких однофазных трансформаторов, при прочих равных условиях, всегда меньше, чем у одного трансформатора, имеющего такое же значение суммарной расчетной мощности, что и у этих нескольких однофазных трансформаторов.

Предлагаемое решение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для равномерного распределения реактивной мощности с однофазными трансформаторами параллельной работы в трехфазном однолинейном исполнении, на фиг.2 показан фрагмент этой схемы при использовании одного трехфазного трансформатора параллельной работы.

Устройство для равномерного распределения реактивной мощности состоит из трансформаторов 1 параллельной работы и групп катушек (в группу входят катушки, относящиеся к одной фазе устройства) дифференцирующих измерительных преобразователей тока (ДИПТ). В каждой группе первых ДИПТ одни из катушек 2 индуктивно связаны с токопроводами 3 тока нагрузки ведущего источника 4 напряжения. Другие катушки 5 первых ДИПТ этой группы индуктивно связаны с токопроводами 6 тока нагрузки ведомых источников 7 напряжения. Выводы 8 и 9 катушек 2 ДИПТ ведущего источника 4 подключены к выводам 10 и 11 первичных обмоток 12 трансформаторов 1. К выводам 10 и 11 подключены также выводы выключателя 13. Выводы 14 и 15 катушек 5 подключаются к выводам 10 и 11 трансформаторов 1, когда источник 7 становится ведущим. При этом выводы 8 и 9 источника 4 отключаются от выводов 10 и 11, и источник 4 превращается в ведомый. Дополнительно каждый ведущий 4 и ведомый 7 источники напряжения снабжаются по одному комплекту катушек 16 вторых ДИПТ. Концы этих катушек, индуктивно связанных с токопроводами 3 и 6 источников 4 и 7, подключены к выходным зажимам 17 и 18 этих источников. Начала катушек 16 подключены к началам вторичных обмоток 20 трансформаторов 1 параллельной работы. Концы 21 вторичных обмоток 20 трансформаторов 1 подключены к входным зажимам 22 и 23 регуляторов 24 и 25 напряжения, которыми снабжены источники 4 и 7. Токопроводы 3 и 6 источников напряжения 4 и 7 через выключатели 26 и 27 соединены с общими шинами 28, к которым подключена общая нагрузка 29 источников напряжения. У всех обмоток 12 и 20 трансформаторов 1 число витков одинаково. Для каждого из источников 4 и 7 взаимные индуктивности всех катушек первых 2 и 5 и вторых 16 дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока с токопроводами 3 и 6 тока нагрузки одинаковы. Эти взаимные индуктивности имеют значения, обратно пропорциональные номинальным токам источников 4 и 7 напряжения. Общее число комплектов катушек как первых 2 и 5, так и вторых 16 дифференцирующих измерительных преобразователей тока и число вторичных 20 обмоток каждого из трансформаторов 1 равно числу всех источников напряжения, любой из которых может выполнять функцию ведущего, а остальные - ведомых источников. Количество входных зажимов 22 регулятора 24 напряжения ведущего источника 4 напряжения и входных зажимов 23 регуляторов 25 напряжения каждого из ведомых источников 7 напряжения одинаково и равно количеству групп, содержащих катушки 2 и 5 первых ДИПТ и катушки 20 вторых ДИПТ. Столько же имеется и трансформаторов 1 параллельной работы, а также выключателей 13. Для сокращения количества элементов устройства и снижения их суммарной массы однофазные трансформаторы 1 параллельной работы заменены одним трехфазным, как показано на фиг.2. На каждом стержне магнитопровода трансформатора 1 помещено по одной первичной обмотке 12, начала которых 10 подключены к началам катушек 2 первых ДИПТ. Концы 11 первичных обмоток 12 соединены с нулевым зажимом 30 трехфазной первичной обмотки трансформатора 1, а концы 9 катушек 2 первых ДИПТ подключены к общему для них нулевому зажиму 31. У выключателя 13 количество контактов уменьшено с трех до двух. Два фазных вывода 32 выключателя 13 подключены к началам 10 двух первичных обмоток 12 трансформатора 1, а общий вывод 33 соединен с началом 10 третей первичной обмотки этого трансформатора.

Устройство для равномерного распределения реактивной мощности работает следующим образом.

Выключатель 13 находится в разомкнутом положении. Напряжение ведущего источника 4 напряжения поддерживается его регулятором 24 напряжения так, чтобы каждое фазное входное напряжение этого регулятора U_1вх оставалось неизменным при любом токе ведущего источника 4 и равным заданному. Как правило, это заданное значение равно номинальному значению напряжения холостого хода источника U₁₀. Активные и реактивные сопротивления катушек ДИПТ и обмоток трансформаторов ничтожно малы по сравнению с входными сопротивлениями регуляторов напряжения. Весьма малы и падения напряжения на участке от выходных зажимов источника 4 и точками 17 подключения входной цепи регулятора напряжения 24 к источнику 4. Поэтому фазное входное напряжение регулятора 24 напряжения ведущего источника 4 напряжения при синусоидальной форме его напряжений и токов определяется выражением (в комплексной форме)

где U₁ - фазное напряжение ведущего источника 4 напряжения;

j - мнимая единица;

ω - круговая частота;

I₁ - ток этой же фазы ведущего источника 4 напряжения;

M₁ - взаимная индуктивность между токопроводами 3 тока нагрузки и катушками 2 первых ДИПТ;

М₂ - взаимная индуктивность между токопроводами 3 тока нагрузки и катушками 16 вторых ДИПТ;

jωM₂İ₁ - ЭДС взаимной индукции, которая наводится в катушках 16 вторых ДИПТ под действием тока ведущего источника;

jωМ₁İ₁ - ЭДС взаимной индукции, которая наводится в катушках 2 первых ДИПТ под действием тока ведущего источника и трансформируется без изменения абсолютного значения и фазы из первичных обмоток 12 трансформатора 1 в его вторичные обмотки 20.

Так как взаимные индуктивности первых и вторых ДИПТ с токопроводами 3 одинаковы и равны М, то два последних слагаемых взаимно уничтожаются. Поэтому фазное напряжение ведущего источника 4 напряжения равно входному напряжению его регулятора 24. Следовательно, можно считать, что выходное напряжение ведущего источника 4 при любом значении тока I₁ (пока регулятор напряжения 24 не подошел к своему предельному управляющему воздействию на источник 4) остается неизменным и равным его напряжению холостого хода U₁₀.

Напряжения U₂₀ холостого хода ведомых источников 7 напряжения должны быть равны U₁₀. Напряжение ведущего 4 и ведомых 7 источников напряжения отличается от напряжения на общих шинах 28 (напряжения нагрузки) на небольшие падения напряжения на участках токопроводов от выходных зажимов 17 и 18 до общих шин 28. Трансформатор 1 параллельной работы считаем идеальным. Будем считать также, что номинальные токи всех источников 4 и 7 напряжения одинаковы. При этом все взаимные индуктивности любых (первых и вторых) ДИПТ с токопроводами 3 и 6 одинаковы и равны М. Фазное входное напряжение регулятора 25 напряжения ведомого источника 7 напряжения при синусоидальной форме напряжений и токов источников напряжения ведущего 4 и ведомых 7 источников напряжения определяется выражением

где U₂ - фазное напряжение ведомого источника 7 напряжения;

I₂ - ток этой же фазы ведомого источника 7 напряжения.

Заменим произведение ωМ на сопротивление Х взаимной индукции катушек 2 и 16 ДИПТ с токопроводами 3 и 6. Тогда уравнение (2) примет вид

Так как напряжение jX(İ₂-İ₁) много меньше напряжения U₂ ведомого источника 7 напряжения, то справедливо следующее выражение

где I_1p=I₁sinφ₁ и I_2p=I₂sinφ₂ - реактивные токи ведущего 4 и ведомого 7 источников напряжения соответственно;

φ₁ и φ₂ - углы между напряжением U₁ и токами I₁ и I₂ нагрузки ведущего 4 и ведомого 7 источников напряжения соответственно.

Регулятор 25 напряжения ведомого источника 7 напряжения поддерживает напряжение U_2вх постоянным и равным напряжению U₂₀=U₁₀ этого источника при его работе в автономном режиме на холостом ходу. Следовательно, напряжение ведомого источника 7 напряжения зависит от разности реактивных токов нагрузки I_1p и I_2p

Если реактивный ток I_2p ведомого источника 7 напряжения меньше реактивного тока I_1p ведущего источника 4 напряжения, то напряжение U₂ увеличится, реактивный ток этого источника напряжения возрастет. И, наоборот, если реактивный ток I_2p ведомого источника 7 напряжения больше реактивного тока I_1p ведущего источника 4 напряжения, то напряжение U₂ уменьшится, реактивный ток этого источника напряжения уменьшится.

При малых сопротивлениях токопроводов от выходных зажимов 17 и 18 источников напряжения до общих шин 28 падениями напряжения в этих токопроводах можно пренебречь, тогда напряжение U₂ у всех ведомых источников 7 напряжения и напряжение холостого хода U₁₀ ведущего источника 4 напряжения одинаковы, то есть

При равенстве U₂₀=U₁₀ получается, что I_1p=I_2p. То есть реактивные токи всех ведомых источников 7 напряжения становятся равными реактивному току ведущего источника 4 напряжения.

Если номинальное значение тока I_2н ведомого источника 7 не равно номинальному значению тока I_2н ведущего источника 4, то сопротивления Х взаимной индукции катушек 2 и 16 ДИПТ с токопроводами 3 и 6 тоже не равны. Выражение (4) принимает вид

В таком случае взаимные индуктивности катушек ДИПТ обратно пропорциональны номинальным токам источников напряжения. При этом имеет место равенство MI_1н=М₂I_2н или XI_1н=Х₂I_2н. Если найти Х₂ из последнего равенства и подставить его выражение в (6), то получится

где и - относительные значения реактивных токов ведомого 7 и ведущего 4 источников напряжения. Таким образом, происходит выравнивание относительных значений реактивных токов источников напряжения с разной номинальной мощностью.

Выключатель 13 предназначен для проведения операции замены ведущего источника 4 напряжения на ведомый 7, и наоборот.

Чтобы снять с источника 4 напряжения функцию ведущего источника, замыкают контакты выключателя 13. При этом замыкаются накоротко катушки 2 первых ДИПТ ведущего источника 4 и первичные обмотки 12 трансформатора 1 параллельной работы. Тем самым прекращается трансформация напряжений jωMI₁ во входные цепи регуляторов 24 и 25 напряжения источников 4 и 7. (Короткое замыкание катушек 2 не является аварийной ситуацией, так как наибольшее напряжение на этих катушках не превосходит 10-20 В, а сопротивление катушек достаточно большое.) Из-за короткого замыкания первичных обмоток 12 проходное сопротивление для токов вторичных обмоток 20 мало, оно много больше входного сопротивления регуляторов 24 и 25 напряжения источников 4 и 7. В результате, при замкнутом положении контактов выключателя 13 ни один из источников не выполняет функцию ведущего источника.

Из выражений (6) и (7) исключаются члены, в которых имеются сомножители I_1p и i_1p. Рассматриваемое устройство функционирует как устройство токовой стабилизации, аналог предлагаемого решения. Равномерное распределение реактивных мощностей между параллельно включенными источниками сохраняется, так как рост индуктивного тока каждого источника станет сопровождаться снижением его напряжения.

Проходные сопротивления вторичных 20 обмоток трансформатора 1 параллельной работы при подключении к первичным 12 их обмоткам катушек 2 первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока больше, чем при коротком замыкании первичных обмоток. Поэтому в течение времени, когда замкнуты контакты выключателя 13, несколько снижаются суммарные сопротивления входных цепей регуляторов 24 и 25 напряжения и, следовательно, напряжения холостого хода источников 4 и 7 напряжения. Таким образом, во время проведения кратковременных операций по замене ведущего источника напряжение на общих шинах источников - шинах нагрузки - меньше того, которое поддерживается на этих шинах в режиме регулирования с ведущим источником, как за счет снижения напряжения холостого хода, так и за счет наличия индуктивных токов нагрузки. Суммарное снижение напряжения при этом не выходит за допустимые для кратковременных режимов пределы.

Далее от зажимов 10 и 11 отсоединяются катушки 2 первых ДИПТ источника 4, и к этим зажимам подключаются выводы 15, 14 катушек 5 первых ДИПТ какого-либо источника 7 напряжения. Выключатель 13 размыкается, и с этого момента этот источник 7 становится ведущим, а источник 4 вместе с другими источниками 7 входит в категорию ведомых. Напряжение на общих шинах восстанавливается на заданном уровне U₁₀. Теперь оно снова практически не зависит от значения реактивного тока нагрузки, а этот ток распределяется между всеми источниками пропорционально номинальным токам этих источников.

Источники информации

1. Патент РФ №2239224, МПК⁷ G05F 1/20. Устройство токовой стабилизации источника напряжения. Опуб. 27.10.2004, Бюл. №30.

2. Патент РФ №2281543, МПК⁷ G05F 1/20, H02J 3/46. Устройство для равномерного распределения реактивной мощности. Опуб. 10.08.2006, Бюл. №22.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности осуществления операций по переводу ведомого источника в разряд ведущих и ведущего источника в разряд ведомых без отключения нагрузки, при сокращении времени выполнения этих операций, кроме того, снижении массы и габаритов устройства. Заявленное устройство снабжено регуляторами источников напряжения, с одинаковым количеством входных зажимов у каждого регулятора, содержит столько групп катушек первых и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а также столько трансформаторов параллельной работы, сколько имеется входных зажимов у каждого регулятора, причем каждая из катушек любой группы катушек первых и вторых дифференцирующих измерительных преобразователей индуктивно связана с одним из тех токопроводов тока нагрузки упомянутых источников напряжения, которые подключены между одноименными зажимами этих источников и одной из общих шин, к которым подключена нагрузка, кроме того, катушки как первых, так и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, индуктивно связанные с токопроводами тока нагрузки какого-либо одного из источников, образуют комплект из катушек всех групп, а каждый из трансформаторов параллельной работы соединен с катушками только одной группы и имеет одинаковое число витков у всех обмоток, при этом взаимные индуктивности всех катушек первых и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока с токопроводами тока нагрузки имеют значения, обратно пропорциональные номинальным токам источников напряжения, зажимы первичных обмоток трансформаторов параллельной работы подключены к выводам катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, относящихся к ведущему источнику напряжения, а вторичные обмотки любого трансформатора параллельной работы включены между входными зажимами регуляторов напряжения источников напряжения и началами тех катушек вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, которые индуктивно связаны с токопроводами этих источников, а концы этих катушек подключены к тем выходным зажимам этих источников напряжения, к которым подключены указанные токопроводы, также введены столько дополнительных комплектов катушек дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, сколько имеется включенных на параллельную работу источников напряжения, причем каждый из них снабжается одним комплектом катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока и одним комплектом катушек вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а также выключатель, замыкающие контакты которого подключены параллельно зажимам первичных обмоток трансформаторов параллельной работы, а все входные зажимы регуляторов напряжения всех, как ведомых, так и ведущего, источников соединены с соответствующими выходными зажимами источников указанными цепями, содержащими вторичные обмотки трансформаторов параллельной работы и катушки вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, снабженными регуляторами напряжения этих источников, с одинаковым количеством входных зажимов у каждого регулятора, содержащее столько групп катушек первых и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а также столько трансформаторов параллельной работы, сколько имеется входных зажимов у каждого регулятора, причем каждая из катушек любой группы катушек первых и вторых дифференцирующих измерительных преобразователей индуктивно связана с одним из тех токопроводов тока нагрузки упомянутых источников напряжения, которые подключены между одноименными зажимами этих источников и одной из общих шин, к которым подключена нагрузка, кроме того, катушки, как первых, так и вторых, дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, индуктивно связанные с токопроводами тока нагрузки какого-либо одного из источников, образуют комплект из катушек всех групп, а каждый из трансформаторов параллельной работы соединен с катушками только одной группы и имеет одинаковое число витков у всех обмоток, при этом взаимные индуктивности всех катушек первых и вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока с токопроводами тока нагрузки имеют значения, обратно пропорциональные номинальным токам источников напряжения, зажимы первичных обмоток трансформаторов параллельной работы подключены к выводам катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, относящихся к ведущему источнику напряжения, а вторичные обмотки любого трансформатора параллельной работы включены между входными зажимами регуляторов напряжения, источников напряжения и началами тех катушек вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, которые индуктивно связаны с токопроводами этих источников, а концы этих катушек подключены к тем выходным зажимам этих источников напряжения, к которым подключены указанные токопроводы, отличающееся тем, что в устройство введены столько дополнительных комплектов катушек дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, сколько имеется включенных на параллельную работу источников напряжения, причем каждый из них снабжается одним комплектом катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока и одним комплектом катушек вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а также выключатель, замыкающие контакты которого подключены параллельно зажимам первичных обмоток трансформаторов параллельной работы, а все входные зажимы регуляторов напряжения всех, как ведомых, так и ведущего, источников соединены с соответствующими выходными зажимами источников указанными цепями, содержащими вторичные обмотки трансформаторов параллельной работы и катушки вторых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что однофазные трансформаторы параллельной работы заменены одним трансформатором, в магнитопроводе которого содержится столько стержней, сколько имеется входных зажимов у каждого регулятора напряжения, причем на каждом стержне размещены по одной первичной обмотке и столько вторичных обмоток, к скольким источникам напряжения подключено это устройство, при этом концы первичных обмоток указанного трансформатора соединены между собой, как и концы катушек всех первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, индуктивно связанных с токопроводами тока нагрузки одного и того же, любого, источника напряжения, а начала первичных обмоток этого трансформатора могут быть подключены к началам катушек первых дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока какого-либо из источников напряжения, который при этом становится ведущим.