СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЕНСАТОРОМ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2012 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности электроподвижного состава переменного тока с полупроводниковыми преобразователями.

Одним из недостатков эксплуатируемых в настоящее время электровозов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями является низкий коэффициент мощности. Коэффициент мощности, определяющий величину реактивной мощности, является одним из основных энергетических показателей электровоза. Работа электровоза с низким значением коэффициента мощности приводит к существенным потерям электроэнергии. Для повышения коэффициента мощности применяют компенсирующие установки в виде источников реактивной мощности, расположенные на электровозе и подключаемые к источнику питания (секциям вторичной обмотки тягового трансформатора). Источник реактивной мощности путем создания емкостной нагрузки смещает первичный ток электровоза в сторону опережения питающего напряжения и увеличивает коэффициент мощности.

Наиболее близким к предложенным техническим решениям является способ управления компенсатором реактивной мощности, принятый в качестве прототипа

[1], при котором для каждой рабочей зоны регулирования напряжения тяговых двигателей определяют величину реактивной мощности нагрузки, в зависимости от напряжения и тока нагрузки подключают к источнику питания источник реактивной мощности.

Этот способ имеет недостаток, заключающийся в том, что величину реактивной мощности нагрузки определяют на основании информации с датчиков тока и напряжения нагрузки с использованием внешних характеристик преобразователя, записанных в запоминающем устройстве системы управления. Значение величины реактивной мощности нагрузки, найденное таким образом, будет содержать ошибку, т.к. не учитывается влияние системы электроснабжения на внешние характеристики преобразователя. Кроме того, подключение источника реактивной мощности к соответствующему источнику питания происходит только в случае превышения его мощностью реактивной мощности нагрузки, что значительно сужает диапазон регулирования компенсатора реактивной мощности.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная задача достигается способом, при котором задают значения нижней и верхней границ реактивной мощности, для каждой рабочей зоны регулирования напряжения тяговых двигателей определяют напряжения источников питания источников реактивной мощности, измеряют ток и напряжение электровоза, вычисляют реактивную мощность электровоза, сравнивают ее со значениями нижней и верхней границ реактивной мощности и при значении реактивной мощности электровоза меньше нижней границы источник реактивной мощности подключают к источнику питания с меньшим напряжением или отключают от источника питания, а при значении реактивной мощности электровоза больше верхней границы источник реактивной мощности подключают к источнику питания с большим напряжением.

Техническим результатом заявленного изобретения является использование для управления компенсатором реактивной мощности вычисленного по измеренным току и напряжению электровоза значения его реактивной мощности с учетом влияния системы тягового электроснабжения и подключенных источников реактивной мощности, что приводит к расширению диапазона регулирования реактивной мощности и повышению коэффициента мощности электровоза в эксплуатации.

Новым в предлагаемом техническом решении в отличие от прототипа является то, что измеряют ток и напряжение электровоза, вычисляют реактивную мощность электровоза, сравнивают ее со значениями нижней и верхней границ реактивной мощности и при значении реактивной мощности электровоза меньше нижней границы источник реактивной мощности подключают к источнику питания с меньшим напряжением или отключают от источника питания, а при значении реактивной мощности электровоза больше верхней границы источник реактивной мощности подключают к источнику питания с большим напряжением.

При этом потребление реактивной мощности из питающей сети сводится к минимуму.

Компенсатор реактивной мощности электровоза содержит источники реактивной мощности в виде LC-цепочек, образованных последовательно соединенными катушкой индуктивности и конденсатором. Компенсация реактивной мощности осуществляется подключением LC-цепочек к источникам питания - секциям вторичной обмотки тягового трансформатора, к которым через тяговый преобразователь подключена нагрузка - тяговые двигатели. Для каждой рабочей зоны регулирования напряжения тяговых двигателей сила тока и величина напряжения на первичной обмотке тягового трансформатора позволяют определять мощность электровоза.

Способ управления компенсатором реактивной мощности электровоза осуществляется следующим образом.

Задают значения нижней и верхней границ реактивной мощности. Измеряют силу тока и величину напряжения на первичной обмотке тягового трансформатора электровоза. Вычисляют реактивную мощность по формуле [2]

где u, i - мгновенные значения тока и напряжения первичной обмотки тягового трансформатора,

Т - период напряжения.

Величину реактивной мощности электровоза сравнивают с заданными значениями нижней и верхней границ реактивной мощности и при значении реактивной мощности электровоза меньше нижней границы реактивной мощности источник реактивной мощности подключают к источнику питания с меньшим напряжением или отключают от источника питания, а при значении реактивной мощности электровоза больше верхней границы реактивной мощности источник реактивной мощности подключают к источнику питания с большим напряжением.

Величина реактивной мощности источника реактивной мощности пропорциональна квадрату напряжения источника его питания, которым является соответствующая секция вторичной обмотки тягового трансформатора.

Таким образом, регулирование величины реактивной мощности источника реактивной мощности позволяет максимально компенсировать реактивную мощность нагрузки в различных режимах работы электровоза.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что при его использовании минимизируется реактивная мощность электровоза и соответственно повышается коэффициент мощности. Результаты испытания компенсатора реактивной мощности с предлагаемым способом управления показали, что коэффициент мощности электровоза во всем диапазоне изменения нагрузок повысился до 0.95, что в свою очередь привело к снижению расхода электроэнергии на 5%.

Источники информации

1. Патент №2282295. Способ управления компенсатором реактивной мощности и устройство, его реализующее. Авторы Каширин В.В., Никонов В.В., Солтус К.П. - Опубл. в БИ 20.08.2006 г., кл. H02J 3/18, Н02Р 1/26.

2. Д.Е.Кадомский. Активная и реактивная мощности - характеристика средних значений работы и энергии периодического электромагнитного поля в элементах нелинейных цепей. Электричество. №7. 1987. С.39-43.

Изобретение используется в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности и расширении диапазона регулирования. Способ заключается в том, что задают значения нижней и верхней границ реактивной мощности для каждой рабочей зоны регулирования напряжения тяговых двигателей. Определяют напряжения источников питания источников реактивной мощности. Измеряют ток и напряжение электровоза, вычисляют реактивную мощность, сравнивают ее со значениями нижней и верхней границ реактивной мощности. При значении реактивной мощности электровоза меньше нижней границы источник реактивной мощности подключают к источнику питания с меньшим напряжением или отключают от источника питания. При значении реактивной мощности электровоза больше верхней границы источник реактивной мощности подключают к источнику питания с большим напряжением.

Способ управления компенсатором реактивной мощности электровоза, заключающийся в том, что
для каждой рабочей зоны регулирования напряжения тяговых двигателей в зависимости от напряжения и тока подключают к источнику питания источник реактивной мощности, отличающийся тем, что
для каждой рабочей зоны регулирования напряжения тяговых двигателей задают значения нижней и верхней границ реактивной мощности,
определяют напряжения источников питания источников реактивной мощности, измеряют ток и напряжение на первичной обмотке тягового трансформатора электровоза, вычисляют реактивную мощность по формуле i Т

где u, i - мгновенные значения тока и напряжения первичной обмотки тягового трансформатора,
Т - период,
сравнивают это значение с заданными значениями нижней и верхней границ реактивной мощности и при значении реактивной мощности меньше нижней границы источник реактивной мощности подключают к источнику питания с меньшим напряжением или отключают от источника питания, а при значении реактивной мощности больше верхней границы источник реактивной мощности подключают к источнику питания с большим напряжением.