СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В N-ФАЗНОЙ СИСТЕМЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ (ВАРИАНТ 4) Российский патент 2011 года по МПК H02J3/01 

Способ относится к энергетике и может быть использован для повышения качества и эффективности использования электроэнергии в n-фазных системах энергоснабжения.

Известен способ (1) повышения качества электроэнергии, принятый в качестве аналога, при осуществлении которого для «повышения эффективности использования электрической энергии сравнивают напряжение сети с напряжением эталонного источника качественной электрической энергии, выделяют напряжение, которое определяется разностью между напряжением сети и напряжением эталонного источника качественной электрической энергии, и полученное напряжение подают к потребителям электрической энергии». Известный способ-аналог обладает рядом недостатков, одним из которых является наличие дополнительных затрат энергии, связанных с использованием «эталонного источника качественной электрической энергии», мощность которого соизмерима с мощностью, отбираемой защищаемыми нагрузками. Кроме этого в известном способе предлагается утилизировать гармоники напряжения, в то время как высших гармоник тока, генерируемых нелинейной нагрузкой, процесс утилизации никак не затрагивает. Таким образом, на основании указанных недостатков, способ-аналог обладает низкой эффективностью.

Известен способ (2) повышения качества электроэнергии, заключающийся в том, что из «напряжения электрической сети выделяют первую и высшие гармонические составляющие, выпрямляют их, преобразуют выпрямленное напряжение в переменное с частотой, равной частоте основной гармоники сети, и возвращают переменное напряжение в электрическую сеть». Известный способ, принятый в качестве прототипа, обладает рядом недостатков, главные из которых заключаются в следующем. В известном способе для повышения качества электроэнергии авторами предлагается компенсация высших гармонических составляющих напряжения. Однако известно, что процентное содержание гармоник в питающем напряжении не повторяет процентного содержания гармоник в токе, протекающем в энергосистеме, который формируется под воздействием нелинейной нагрузки. Известно также, что именно ток, отбираемый нелинейной нагрузкой, определяет гармонический состав и процентное содержание гармоник в сети энергоснабжения. Таким образом, существенного уменьшения амплитуд высших гармоник в фазах энергосистемы, при осуществлении известного способа-аналога, не произойдет. Ограниченность известного способа заключается: в «снижении» уровней напряжений гармоник строго определенных частот; невозможности компенсации в энергосистеме реактивной мощности. Кроме того, дополнительные непроизводительные потери мощности, при осуществлении способа-прототипа, обусловлены использованием силового трансформатора. Следует также отметить, что ни способ-аналог, ни способ-прототип не предусматривают пофазного выравнивания токовых нагрузок.

Задача, решаемая изобретением, - повышение качества и эффективности использования электроэнергии.

Это достигается тем, что согласно предложенному способу, активный ток основной частоты генерируют в энергосистему совместно с токами компенсации первой группы гармоник, инверсными по отношению к эквивалентным токам высших гармоник, генерируемым n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, предварительно выделенным из ряда высших гармоник, и не несущим основную энергию упомянутого ряда. При этом упомянутые генерируемые токи формируют либо за счет, самостоятельно, пофазно извлекаемой энергии реактивных составляющих токов: основной частоты и второй группы гармоник, несущей основную энергию упомянутого ряда высших гармоник, в случае если величина извлекаемой энергии больше энергии генерируемых токов, либо, в случае если требуемая для формирования упомянутых генерируемых токов величина энергии больше упомянутой извлекаемой энергии реактивных составляющих токов, за счет совместно извлекаемых: энергии реактивных составляющих токов и дополнительно извлекаемой доли энергии активных токов основной частоты.

На чертеже представлена схема, поясняющая сущность заявленного способа. При этом введены следующие обозначения.

1 - n-фазная энергосистема

2 - нелинейная нагрузка

3 - n-фазный полностью управляемый транзисторный ШИМ-выпрямитель

4 - емкостный накопитель

5 - n-фазный дополнительный источник мощности

6, 7, 8 - датчики тока фаз

9, 10, 11 - датчики питающего напряжения

12, 13, 14 - блоки формирования логического сигнала

15, 16, 17 - блоки формирования модулирующего сигнала

18 - n-фазный блок высших гармоник, несущих основную мощность

19 - первый n-фазный блок смесителей

20 - датчик напряжения

21, 22, 23 - фильтры гармоники тока основной частоты

24, 25 - первый и второй фазосдвигающие блоки

26 - второй n-фазный смеситель

27 - первый фазоинвертор

28, 29, 30 - блоки формирования разностных сигналов

31, 32 - блоки восстановления фазы

33 - блок формирования активной составляющей модулирующего сигнала

34 - третий n-фазный смеситель

35 - второй фазоинвертор

36 - четвертый n-фазный смеситель

37 - n-фазный блок высших гармоник, не несущих основную мощность

38 - блок формирования симметрирующих сигналов

39 - блок задания внешних, пофазных регулирующих воздействий 40, 41, 42, 43, 44, 45 - выпрямители

Суть заявленного способа заключается в следующем. В процессе отбора мощности n-фазной несимметричной нелинейной нагрузкой, в фазах энергосистемы протекают различные по модулю и фазе токи, спектр которых составляют основная и высшие гармоники. При этом знак мгновенной мощности их реактивных составляющих в течение четверти своего периода изменяется на противоположный. Этот факт связан с тем, что часть энергии, запасенная в электрическом или магнитном поле реактивной нагрузки, возвращается назад в источник в виде упомянутых реактивных составляющих тока. Протекание реактивных токов в индуктивных нагрузках обеспечивается действием ЭДС самоиндукции, в емкостных - напряжением, накопленным в электрическом поле емкости. При этом знаки питающего напряжения и ЭДС самоиндукции, а также питающего напряжения и напряжения на емкостной составляющей нагрузки, как известно, противоположны. Отрицательный эффект, связанный с реактивными токами, как известно, заключается в дополнительных непроизводительных потерях мощности в энергосистеме. Спектр высших гармоник, генерируемых n-фазной нагрузкой, обычно содержит гармоники, часть из которых (например, третья) несут его основную мощность, а мощность других невелика (например, гармоники, оказывающие псофометрическое воздействие). В связи с этим компенсация группы гармонических составляющих, несущих основную мощность ряда высших гармоник, генерируемых нагрузкой, требует значительных энергетических затрат, и, таким образом, извлечение их энергии из энергосистемы и ее утилизация (использование, например, их энергии в полезных целях) видится наиболее целесообразным. В то же время долю другой группы гармоник, мощность которых невелика, целесообразно снижать посредством генерации в энергосистему эквивалентных гармоник, находящихся по отношению к ним в противофазе, т.е. методом регулируемой компенсации.

В заявленном способе, задача повышения качества и эффективности использования электроэнергии решается путем снижения ее непроизводительных потерь. При этом в те моменты времени, когда n-фазная нагрузка проявляет реактивный характер, предлагается из потока, отбираемого ей мощности, извлекать энергию реактивных токов основной и высших гармоник, несущих основную энергию ряда высших гармоник, и, после преобразования ее в энергию постоянного тока, использовать для питания дополнительного источника мощности, посредством которого, в виде симметрирующих токов основной частоты, возвращать в симметрируемые фазы энергосистемы в виде активной энергии, таким образом, чтобы модули протекающих в них токов основной частоты были бы равны, либо величине опорного тока, модуль которого формируют как средний, по отношению к модулям токов, пофазно отбираемым упомянутой n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, либо в случае, если несимметрия в энергосистеме значительна - величине модуля опорного тока, ограниченной до заданного значения. В качестве дополнительного источника мощности предполагается использовать ШИМ-инвертор. Кроме этого предлагается посредством последнего, за счет все той же извлеченной реактивной энергии, формировать и генерировать в фазы энергосистемы токи компенсации группы гармоник, инверсные по отношению к эквивалентным токам гармоник, генерируемым n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, выделенные из ряда высших гармоник, и не несущие основную энергию упомянутого ряда. В случае если величина извлекаемой суммарной энергии реактивных составляющих токов меньше энергии, требуемой для формирования генерируемых компенсирующих и симметрирующих токов, то последние предлагается формировать за счет совместно извлекаемых: суммарной энергии реактивных составляющих токов и дополнительно извлекаемой доли энергии активных токов основной частоты. И, наконец, если мощность дополнительного источника мала, по сравнению с мощностью, требуемой для формирования симметрирующих токов, т.е. если несимметрия в энергосистеме значительна, предлагается ограничивать мощность генерируемых в энергосистему симметрирующих токов до заданного значения, т.е. величины модулей токов компенсации формировать равными величине модуля опорного тока (сформированного, как средний ток, по отношению к токам, пофазно отбираемым упомянутой n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой), ограниченного до заданного значения. Степень симметрирования в энергосистеме, в этом случае, задают посредством внешних пофазных регулирующих воздействий. При этом приоритет использования извлеченной энергии назначается в пользу формирования токов компенсации. Таким образом, посредством симметрирующих токов осуществляется выравнивание по величине модулей токов, протекающих по отдельным фазам n-фазной энергосистемы, т.е. осуществляется ее симметрирование относительно модулей фазных токов.

Упомянутым ШИМ-инвертором предполагается управлять модулирующим сигналом, формируемым для каждой из симметрируемых фаз отдельно, посредством сигналов, пропорциональных геометрической разности: тока соответствующей симметрируемой фазы и опорного тока, модуль которого формируют как среднее арифметическое модулей токов симметрируемых фаз. Отбор мощности от симметрируемых фаз осуществляется посредством полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения величины извлекаемого тока. Протекание активных токов в ШИМ-выпрямителе обеспечивается напряжениями соответствующих фаз, а реактивных токов в каждом из его плеч, в каждый полупериод питающего напряжения, обеспечивается действием ЭДС самоиндукции или напряжением на емкостной составляющей нагрузки. Управление транзисторами осуществляют посредством модулирующего сигнала с заданными характеристиками. Использование транзисторов при выпрямлении токов позволяет использовать их управляющие свойства относительно последних. При этом посредством полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя осуществляется избирательное выпрямление тока, определяемого сигналом управления.

Осуществление заявленного способа рассмотрено на примере трехфазной системы. Изначально, перед осуществлением способа компенсации, в спектре высших гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой, определяют ряд гармоник, долю которых необходимо уменьшить, разделяют полученный ряд на две группы, к одной из них (ко второй группе) относят минимум одну гармонику, несущую основную мощность, а к другой (к первой группе) - все остальные высшие гармоники выбранного ряда. Таким образом, в результате описанной последовательности действий, получают информацию, необходимую для дальнейшего осуществления заявленного способа. При этом в зависимости от результатов проведенных исследований, назначают технические характеристики следующим блокам: n-фазному блоку высших гармоник, не несущих основную мощность 37 и n-фазному блоку высших гармоник, несущих основную мощность 18. Таким образом, блок 37, который может быть выполнен (как и блок 18), например, как полосовой фильтр, пропускает гармоники спектра тока, отбираемого нелинейной нагрузкой, которые задаются изначально и которые необходимо компенсировать методом регулируемой компенсации, а блок 18 настраивается таким образом, чтобы на его выходе присутствовала вторая группа гармоник, несущих основную энергию выбранного ряда гармоник, генерируемых нагрузкой 2. При этом в частном случае, вторая группа может состоять из одной гармоники. Таким образом, посредством датчиков тока 6,7 и 8, весь спектр высших гармоник, отбираемых пофазно нелинейной нагрузкой 2 и долю которых необходимо уменьшить, поступает одновременно на входы n-фазных: блока высших гармоник, не несущих основную мощность 37 и блока высших гармоник, несущих основную мощность 18. При этом на выходе блока 18 присутствует группа гармоник (вторая группа гармоник), несущих основную энергию ряда высших гармоник, генерируемых нагрузкой 2, образующих одну из составляющих модулирующих сигналов управления каждой из фаз, n-фазного полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, поступающих на первую группу сигнальных входов первого n-фазного блока смесителей 19. На вторую группу сигнальных входов блока 19 поступают сигналы, пропорциональные, пофазно отбираемым нагрузкой 2, реактивным составляющим токов основной частоты, которые для каждой из фаз упомянутого блока 3 образуют группу вторых составляющих модулирующих сигналов управления. Посредством датчиков тока 6-8, фильтров гармоник тока основной частоты 21-23, датчиков питающего напряжения 9-11 формируют сигналы, пропорциональные токам основной частоты, пофазно питающим нагрузку 2 и питающим ее напряжениям. С выхода блока 19, суммирующего сигналы гармоники основной частоты и второй группы высших гармоник фаз A, B и C, а также с выходов блоков 9-11, сигналы, пропорциональные напряжениям фаз, питающих нагрузку 2, посредством выпрямителей 40-45, одновременно поступают на входы пар блоков 14 и 17, 13 и 16, 12 и 15, посредством которых формируют реактивную составляющую модулирующего сигнала управления, для каждой из фаз блока 3. В связи с тем, что процесс формирования реактивной составляющей модулирующего сигнала управления, для каждой из фаз блока 3 - аналогичен, рассмотрим его формирование относительно фазы «А». В блоке формирования логического сигнала 12 сравниваются знаки однополярных импульсов напряжения, сформированных, посредством выпрямителей 40 и 41, из сигналов, поступающих на его входы: с выхода блока 19, соответствующего фазе «А», и датчика питающего напряжения 9; и на его выходе формируется цифровая последовательность нулей и единиц, причем при совпадении знаков сигналов, пропорциональных току и напряжению, на выходе блока 12 формируется логическая единица, а в остальных случаях - логический ноль. Таким образом, логическая единица соответствует той части периода, в течение которого нагрузка 2 отбирает из энергосистемы активную мощность. Далее, сигнал с выхода блока 12 поступает на один из входов блока 15 формирования модулирующего сигнала, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный току, отбираемому нагрузкой 2, от соответствующей фазы, в данном случае от фазы «А», в котором отсутствуют высшие гармоники первой группы. Таким образом, в те моменты, в течение которых логический ноль, поступающий с выхода блока 12, совпадает на входе блока 15, с положительной полуволной, отбираемого нагрузкой 2 тока, на выходе блока 15 формируются модулирующие импульсы напряжения, пропорциональные реактивным составляющим: тока основной частоты и токов высших гармоник первой группы, отбираемым нагрузкой 2, и синфазные по отношению к ней. Процесс формирования модулирующего сигнала управления фазами «B и C», аналогичен. Далее, сформированные для каждой из фаз описанным способом модулирующие сигналы управления, посредством третьего n-фазного смесителя 34 (при отсутствии на второй группе его сигнальных входов-сигналов, поступающих с выхода блока 33), поступают на соответствующие управляющие входы ШИМ-выпрямителя 3. В течение времени действия импульсов напряжения, сформированных блоками 15-17 на управляющих входах полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, управление последним осуществляется, в том числе, за счет: или ЭДС самоиндукции, или напряжения на емкостной составляющей нагрузки, в зависимости от ее характера. Таким образом, посредством управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, осуществляется извлечение реактивной составляющей тока, отбираемого активно-реактивной нагрузкой 2, в форме, способствующей ее накоплению. При этом модулирующие сигналы управления блоком 3 формируются при отсутствии сигналов с выхода блока 33. Данный режим соответствует условиям, когда отбираемой из энергосистемы мощности хватает для формирования сигналов компенсации и симметрирующих токов. Этот режим, режим дефицита извлекаемой мощности и режим несоответствия мощности дополнительного источника мощности 5, требуемой для формирования симметрирующих токов, в случае если несимметрия энергосистемы значительна, распознается автоматически посредством датчика напряжения 20, путем измерения последним снимаемого с емкостного накопителя 4 напряжения. При этом изначально, его величину, ставят в зависимость от извлекаемой из энергосистемы мощности, таким образом, что она может принимать три значения. Если извлекаемой реактивной составляющей мощности достаточно для формирования эквивалентных компенсирующих и симметрирующих токов, то на выходе емкостного накопителя 4 присутствует напряжение, блокирующее, посредством датчика напряжения 20, присутствие активной составляющей гармоники тока основной частоты в составе модулирующего сигнала управления ШИМ-выпрямителем 3, посредством блокировки блока формирования активной составляющей модулирующего сигнала 33, на выходе которого, в этом случае, отсутствуют сигналы, пропорциональные токам гармоники основной частоты соответствующих фаз, поступающие на его входы с выходов блоков 21-23. Одновременно по второму выходу блока 20 блокируется работа блока задания внешних, пофазных регулирующих воздействий 39, посредством которого ограничивается величина опорного тока. Блок 33 может быть сформирован из группы усилителей (по одному на фазу), с возможностью их блокировки по одной группе управляющих входов, сигналами, сформированными посредством датчика напряжения 20. При этом посредством последнего, блоком 3, из энергосистемы 1 извлекается только реактивная составляющая тока отбираемого нагрузкой 2, в которой отсутствуют реактивные токи высших гармоник первой группы. Извлеченная таким образом энергия используется для питания n-фазного (для данного рассматриваемого случая - трехфазного), дополнительного источника мощности 5, и, следовательно, для формирования эквивалентных компенсирующих и симметрирующих токов. Если извлекаемой реактивной составляющей мощности недостаточно для формирования эквивалентных компенсирующих и симметрирующих токов, то на выходе емкостного накопителя 4 присутствует напряжение, величина которого, посредством блока 20, отпирает блок 33, и в составе модулирующего сигнала, управляющего работой блока 3, появляется активная составляющая, посредством которой из фаз энергосистемы дополнительно извлекается доля активной мощности, покрывающая дефицит мощности, необходимой для формирования токов компенсации и симметрирующих токов. Если мощности дополнительного источника мощности 5 не хватает для формирования симметрирующих токов, в случае если несимметрия энергосистемы значительна, то напряжение в емкостном накопителе 4 опускается до третьего значения, посредством которого, на втором выходе блока 20, формируется сигнал, посредством которого разрешается работа блока задания внешних, пофазных регулирующих воздействий 39. При этом посредством последнего ограничивается величина опорного тока, относительно которого формируются симметрирующие токи, генерируемые посредством блока 5, в симметрируемые фазы энергосистемы. Таким образом, степень симметрирования в энергосистеме, в этом случае, задается искусственно, на уровне значения, задаваемого посредством блока 39. Далее необходимо отметить следующее. В этом режиме приоритет использования извлеченной энергии назначается в пользу формирования токов компенсации, т.е. первоначально запасенная в блоке 4 энергия тратится на формирование последних, а ее остатки - на формирование симметрирующих токов. Управление описанными действиями происходит автоматически, благодаря тому, что алгоритм заявленного способа разграничивает перечисленные режимы посредством обработки информации об уровнях напряжений в емкостном накопителе 4. Компенсирующие токи гармоник первой группы и симметрирующие токи для симметрируемых фаз энергосистемы формируются следующим образом. С соответствующих выходов n-фазного блока высших гармоник, не несущих основную мощность 37, высшие гармоники первой группы поступают на входы второго фазоинвертора 35, посредством которого инвертируются, и поступают на первую группу входов четвертого n-фазного смесителя 36, посредством которого формируют модулирующие сигналы управления фазами n-фазного дополнительного источника мощности 5, посредством которого формируют упомянутые компенсирующие и симметрирующие токи. При этом сигналы, сформированные посредством блоков 35 и 37, формируют составляющую модулирующего сигнала управления, посредством которой в фазы энергосистемы блоком 5 генерируются сигналы компенсации высших гармоник первой группы. Одновременно, на вторую группу входов блока 36 поступают сигналы, посредством которых формируют генерируемые блоком 5 симметрирующие токи гармоники основной частоты в симметрируемые фазы энергосистемы 1. Упомянутые симметрирующие токи при этом формируются следующим образом. В соответствии с заявленным способом, находится среднее значение модулей токов питающих фаз. В целях их арифметического суммирования, с последующим нахождением среднего арифметического, из фаз n-питающих фаз энергосистемы (в данном случае из трех) выбирается любая из фаз и условно принимается в качестве «первичной» фазы. При этом произвольно, в качестве «первичной» выбрана фаза «В». Далее токи двух других фаз (A и C), не являющихся «первичной», приводятся к последней, т.е. токи фаз «A и C», посредством первого и второго фазосдвигающих блоков 24 и 25, сдвигаются соответственно на 120 и 240 эл. градусов. Затем, посредством второго n-фазного (трехфазного) смесителя 26, суммирующего с сигналами фаз «A и C», поступающих на его входы с выходов блоков 24 и 25, сигнала фазы «В», поступающим с выхода блока 22, упомянутая группа сигналов усредняется, т.е. ее арифметическая сумма делится на 3, причем данный коэффициент задается изначально. Таким образом, формируется сигнал, который определяют как опорный ток, при этом величина его модуля формируется как средняя, по отношению к модулям токов, пофазно отбираемым упомянутой n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой. Синфазность сигналов обеспечивается их коррекцией на соответствующие углы, описанным выше способом. С выхода блока 26, усредненная арифметическая сумма сигналов инвертируется первым фазоинвертором 27, и далее, в соответствии с заданным алгоритмом, посредством блоков формирования разностных сигналов 28, 29 и 30, формируются для фаз «A, B и C», соответствующие разности модулей токов: соответствующей симметрируемой фазы и сформированного опорного тока. Сформированные для фаз «A и C» разностные сигналы поступают на входы блоков восстановления фазы 31, 32. Блоки 31 и 32 осуществляют фазовую коррекцию упомянутых разностных сигналов. О фазовой коррекции разностных сигналов следует отметить следующее. Сформированные описанным выше способом разностные сигналы управления генерацией симметрирующих токов синфазны по отношению к «первичной» фазе, и их необходимо скорректировать по фазе таким образом, чтобы сигнал управления, соответствующий определенной симметрируемой фазе, был бы синфазен по отношению к ней. Поэтому перед тем как подаваться на соответствующие управляющие входы n-фазного дополнительного источника мощности 5, сформированные упомянутые разностные сигналы корректируются на соответствующие углы. Так, сигналы фаз «A и C», сформированные как разностные по отношению к сигналу «первичной» фазы «A», сдвигаются соответственно на углы: 120 и 240 эл. градусов. Далее сформированный разностный сигнал для «первичной» фазы «B» и скорректированные по фазе на соответствующие углы, разностные сигналы, сформированные для фаз «A и C», поступают на сигнальные входы блока формирования симметрирующих сигналов 38, с выхода которого поступают на вход блока 36, образуя при этом составляющую модулирующего сигнала управления дополнительным источником мощности 5, отвечающую за формирование и генерацию посредством последнего, симметрирующих токов в симметрируемые фазы «A, B и C» энергосистемы 1. При этом модули токов, пофазно отбираемых нагрузкой 2, симметрируются относительно их среднего значения. Посредством блока задания внешних, пофазных регулирующих воздействий 39, изображенного на поясняющей заявленный способ-схеме, в виде сигналов задания, для каждой из фаз энергосистемы, в случае если напряжение в блоке 4 понижается до последней из трех заданных величин и на управляющем входе блока 39 присутствует сигнал, разрешающий его работу в принципе, формируют дополнительные ограничивающие воздействия на величины сформированных модулирующих сигналов управления соответствующими фазами ШИМ-выпрямителя, для случая, если несимметрия токов в энергосистеме значительна, а мощность нагрузки постоянного тока по сравнению с ней мала. При этом в соответствии с заявленным способом степень симметрирования задается дополнительно, посредством воздействия на величину модуля опорного тока, посредством стабилизации его величины на уровне заданного значения. Блок 39 может быть построен по принципу устройства формирования заданных опорных напряжений, посредством сравнения с которыми задают величину опорного тока, сформированного для фаз A, B и C посредством блока 26. При этом управление величиной опорного тока осуществляют по дополнительному управляющему входу, организованному в упомянутом блоке. Таким образом, оставшийся в каждой из симметрируемых фаз ток имеет величину модуля, равную либо заранее заданной посредством блока 39, либо равную величине модуля опорного тока.

В случае если извлекаемой из энергосистемы реактивной составляющей мощности не достаточно для формирования сигналов компенсации и симметрирующих токов, а суммарная мощность, требуемая для формирования генерируемых в энергосистему токов, посредством дополнительного источника мощности 5, меньше его собственной мощности, что соответствует режиму дефицита извлекаемой из энергосистемы реактивной мощности, то из фаз энергосистемы, дополнительно, извлекают активную составляющую тока основной частоты. При этом данный режим определяется автоматически, посредством блока 4, величина напряжения в котором контролируется посредством датчика напряжения 20. Таким образом, если напряжение в емкостном накопителе 4 становится равным среднему из трех назначенных заранее значений, посредством датчика напряжения 20, на управляющих входах блока 33 формируется напряжение, разрешающее его работу в принципе, и в модулирующие сигналы управления отдельными фазами блока 3 добавляется активная составляющая, посредством которой из фаз энергосистемы дополнительно извлекается активная энергия. При этом с выходов фильтров гармоники тока основной частоты 21-23, сигналы, пропорциональные токам основной частоты, питающим фазы «A-C» нагрузки 2, поступают на вход блока формирования активной составляющей модулирующего сигнала 33, и с его выхода на группу входов третьего n-фазного смесителя 34, образуя активную составляющую модулирующего сигнала управления n-фазным полностью управляемым транзисторным ШИМ-выпрямителем 3. При этом, суммируясь в блоке 34 с реактивной составляющей упомянутого модулирующего сигнала управления, формируемого описанным выше способом, активная составляющая отвечает за процесс извлечения из фаз энергосистемы доли активной энергии, необходимой для покрытия дефицита мощности, необходимой дл формирования токов компенсации первой группы высших гармоник и симметрирующих токов. Активная составляющая присутствует в модулирующем сигнале управления блоком 3 до тех пор, пока в емкостном накопителе 4 не накопится необходимая мощность, и напряжение в нем не увеличится до величины, равной первому из трех назначенных заранее значений. При этом посредством датчика напряжения 20, на управляющих входах блока 33 формируется напряжение, блокирующее его работу.

Таким образом, в результате последовательности действий, осуществляемых в соответствии с заявленным способом, повышения качества и эффективности использования электроэнергии, добиваются посредством использования энергии реактивной составляющей гармоники основной частоты спектра тока, отбираемого n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, и реактивной энергии группы высших гармоник его тока, несущих основную долю мощности генерируемого ряда высших гармоник, извлекаемых из фаз энергосистемы в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, посредством полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа, для регулируемой компенсации группы гармоник упомянутого ряда, не несущих основную долю его энергии, и для симметрирования питающей упомянутую нагрузку системы энергоснабжения.

Источники информации

1. Патент РФ №2320067, опубликовано: 2007.01.20.

2. Патент РФ №2237334, опубликовано: 2004.05.20.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение непроизводительных потерь мощности и пофазное выравнивание токов. Согласно способу активный ток основной частоты генерируют в энергосистему совместно с токами компенсации первой группы гармоник, инверсными по отношению к эквивалентным токам высших гармоник, генерируемым n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, предварительно выделенным из ряда высших гармоник, и не несущим основную энергию упомянутого ряда. При этом упомянутые генерируемые токи формируют либо за счет самостоятельно пофазно извлекаемой энергии реактивных составляющих токов: основной частоты и второй группы гармоник, несущей основную энергию упомянутого ряда высших гармоник, в случае если величина извлекаемой энергии эквивалентна энергии генерируемых токов, либо, в случае если требуемая величина энергии больше упомянутой извлекаемой энергии реактивных составляющих токов, за счет совместно извлекаемых: энергии реактивных составляющих токов и дополнительно извлекаемой доли энергии активных токов основной частоты. 1 ил.

Способ повышения качества и эффективности использования электроэнергии, при котором из потока мощности, отбираемого n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, извлекают часть энергии, обуславливающую ее непроизводительные потери, и после преобразования возвращают в энергосистему в виде активного тока гармоники основной частоты, отличающийся тем, что активный ток основной частоты генерируют в энергосистему совместно с токами компенсации первой группы гармоник, инверсными по отношению к эквивалентным токам гармоник, генерируемым n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, предварительно выделенными из ряда высших гармоник, и не несущими основную энергию упомянутого ряда, причем упомянутые генерируемые токи формируют за счет, либо самостоятельно, пофазно извлекаемой энергии реактивных составляющих токов: основной частоты и второй группы гармоник, несущей основную энергию упомянутого ряда высших гармоник, выделенными из него одновременно с первой группой гармоник и содержащей минимум одну гармоническую составляющую, в случае, если величина извлекаемой энергии больше величины энергии генерируемых токов, либо в случае, если требуемая для формирования упомянутых генерируемых токов величина энергии больше упомянутой извлекаемой энергии реактивных составляющих токов, - за счет совместно извлекаемых: энергии реактивных составляющих токов и дополнительно извлекаемой доли энергии активных токов основной частоты, причем ток основной частоты генерируют посредством симметрирующих токов в симметрируемые фазы, таким образом, чтобы модули протекающих в них токов основной частоты были бы равны, либо величине опорного тока, модуль которого формируют как средний, по отношению к модулям токов, пофазно отбираемым упомянутой n-фазной нелинейной активно-реактивной нагрузкой, либо в случае, если несимметрия в энергосистеме значительна - величине модуля опорного тока, ограниченной на уровне заданного значения, при этом реактивную энергию гармоники основной частоты, второй группы высших гармонических составляющих и долю энергии активных токов основной частоты извлекают в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, посредством полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа, и используют извлеченную таким образом энергию для питания дополнительного n-фазного источника мощности, посредством которого формируют и генерируют упомянутые токи компенсации первой группы гармоник и симметрирующие токи и, причем приоритет использования извлеченной энергии, устанавливают в пользу формирования токов компенсации первой группы гармоник.