УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2013 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока высокого напряжения, и может быть использовано на подстанциях воздушных линий передач с установленными на них шунтирующими реакторами и батареями статических конденсаторов.

Известен аналог [1] - устройство компенсации реактивной мощности (источник реактивной мощности - ИРМ), содержащее шунтовую конденсаторную батарею статических конденсаторов (БСК), состоящую из последовательно включенных конденсаторов. Один ввод БСК подключен к линейной шине, а другой ввод - к заземлению. В схеме имеется замыкающий выключатель, подсоединенный параллельно конденсаторам. Недостатки устройства: отсутствие возможности плавного регулирования реактивной мощности, ограниченный диапазон изменения реактивной мощности, более сложный и менее надежный выключатель, все вводы которого находятся под высоким напряжением.

Указанные недостатки частично устранены в устройстве [2] - прототипе. Это устройство компенсации реактивной мощности содержит шунтовую конденсаторную батарею статических конденсаторов (БСК), состоящую из последовательно включенных конденсаторов. Один ввод БСК подключен к линейной шине, а другой ввод - к заземлению. В схеме имеется выключатель, подсоединенный параллельно конденсаторам, расположенным около заземленного ввода. Один ввод выключателя находится на потенциале земли, что позволяет применять более простой и надежный выключатель. Однако в прототипе сохраняются недостатки: ограниченный диапазон изменения реактивной мощности, отсутствие возможности плавного регулирования реактивной мощности.

Целью настоящего изобретения является ликвидация отмеченных недостатков прототипа - увеличение функциональных возможностей за счет плавного регулирования реактивной мощности и расширения диапазона регулирования реактивной мощности ИРМ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство компенсации реактивной мощности, содержащее шунтирующую конденсаторную батарею статических конденсаторов, состоящую из последовательно включенных конденсаторов, причем один ввод батареи подключен к линейной шине, а другой ввод - к заземлению, замыкающий выключатель, подсоединенный параллельно части конденсаторов, расположенных со стороны заземленного ввода, причем один ввод выключателя находится на потенциале земли, введен управляемый шунтирующий реактор, при этом соотношение мощностей управляемого шунтирующего реактора и указанной части батареи конденсаторов соответствует условию:

Q_УШР≥Q_БСК,

где Q_УШР - мощность управляемого шунтирующего реактора,

a Q_БСК - мощность шунтирующей конденсаторной батареи статических конденсаторов при отключенном замыкающем выключателе.

Предлагаемое устройство компенсации реактивной мощности источник реактивной мощности (ИРМ) поясняется чертежом. На фигуре показана высоковольтная воздушная линия, содержащая ИРМ.

К высоковольтной электрической сети 1 (110÷750 кВ) на подстанции через выключатель 2 и разъединитель 3 подключен источник реактивной мощности (ИРМ) - параллельно соединенные шунтирующая конденсаторная батарея статических конденсаторов БСК 4 и управляемый шунтирующий реактор УШР 5. БСК 4 подсоединена через выключатель 6 и разъединитель 7, а УШР 5 - через выключатель 8 и разъединитель 9. Замыкающий выключатель 10 подсоединен параллельно части конденсаторов, расположенных со стороны заземленного ввода 11, т.е. один ввод выключателя находится на потенциале земли. В схеме имеется система автоматического управления (САУ) 12, которая регулирует мощность управляемого шунтирующего реактора 5 и управляет коммутацией выключателей 2, 6, 8, и 10. При этом для информации о токах ИРМ, БСК и УШР для САУ 12 в схеме предусмотрены трансформаторы тока 13-15, а о напряжении сети - трансформатор напряжения 16.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При нормальной работе сети при умеренных нагрузках происходит снижение напряжения за счет падения напряжения в подводящей линии, которое фиксируется трансформатором напряжения 16, при этом САУ 12, настроенная на стабилизацию напряжения (задана уставка напряжения), снижает реактивную мощность УШР 5. За счет возрастания в токе ИРМ емкостного тока БСК 4, регистрируемого трансформаторами тока 13 и 14, происходит компенсация падения напряжения в подводящей сети. При увеличении нагрузки до максимальной САУ 12 дает команду на включение выключателю 11. При этом мощность БСК 4 возрастает до максимальной Q_{БСКмакс}, и происходит дополнительная компенсация падения напряжения. В этом случае ИРМ работает в режиме выдачи в сеть максимально возможной реактивной мощности Q_{БСКмакс}.

В режимах минимальной нагрузки (например, в ночное время) в сети возникает увеличение напряжения из-за емкости сети на землю. При этом необходимо снизить емкостную составляющую тока ИРМ до минимальной Q_БСКмин путем отключения выключателя 10 и плавного увеличения мощности УШР 5 до максимальной Q_УШР, а при необходимости и путем отключения БСК 4 выключателем 6. В последнем случае ток ИРМ становится не емкостным, а индуктивным. В этом случае ИРМ работает в режиме приема из сети максимально возможной реактивной мощности Q_УШР.

Переход от одного рабочего режима к другому при наличии УШР 5 и САУ 12 во всем диапазоне мощности ИРМ от емкостной Q_БСКмин до индуктивной Q_УШР происходит плавно, при этом обеспечивается стабилизация напряжения сети, то есть необходимое качество электрической энергии, важное для работы электротехнического оборудования и бытовой нагрузки. Отсутствие скачков напряжения оказывается возможным при соблюдении следующего соотношения:

Q_УШР≥Q_БСК,

где Q_УШР - мощность управляемого шунтирующего реактора,

Q_БСК - мощность шунтирующей БСК 4 при отключенном выключателе 10.

При аварийных ситуациях в ряде случаев требуется быстрый переход от режима к режиму, что обеспечивается УШР (например, управляемым подмагничиванием), имеющем необходимое быстродействие при наборе и сбросе своей мощности.

Предложенный ИРМ по сравнению с аналогами и прототипом имеет увеличенные функциональные возможности за счет расширения диапазона изменения реактивной мощности (вместо диапазона от -Q_{БСКмакс} до 0 получен диапазон от -Q_{БСКмакс} до +Q_УШР). Появилась возможность не ступенчатого, а плавного изменения реактивной мощности ИРМ во всем диапазоне изменения мощности, что позволяет существенно улучшить качество стабилизации напряжения сети. При качественной стабилизации достигается дополнительное снижение потерь мощности в сети и в нагрузке.

ЛИТЕРАТУРА

1. Taylor C.W. Power system voltage stability. McGrau-Hill, 1994, s.212-213.

2. Славин Г.А. Устройство компенсации реактивной мощности. Патент РФ №2074474, заявка: 94017982/07, 16.05.1994, опубликовано: 27.02.1997.

Использование: в области электротехники. Технический результат - улучшение качества стабилизации напряжения сети и дополнительное снижение потерь мощности в сети и в нагрузке. Устройство содержит шунтирующую конденсаторную батарею статических конденсаторов, состоящую из последовательно включенных конденсаторов, один ввод батареи подключен к линейной шине, а другой ввод - к заземлению, замыкающий выключатель, подсоединенный параллельно части конденсаторов, расположенных со стороны заземленного ввода, причем один ввод выключателя находится на потенциале земли, и управляемый шунтирующий реактор. При этом соотношение мощностей управляемого шунтирующего реактора и части батареи конденсаторов соответствует условию: Q_УШР≥Q_БСК, где Q_УШР - мощность управляемого реактора, a Q_БСК - мощность шунтирующей конденсаторной батареи статических конденсаторов при отключенном замыкающем выключателе. Расширен диапазон изменения реактивной мощности (вместо диапазона от

-Q_{БСКмакс} до 0 получен диапазон от -Q_{БСКмакс} до +Q_УШР. 1 ил.

Устройство компенсации реактивной мощности, содержащее шунтирующую конденсаторную батарею статических конденсаторов, состоящую из последовательно включенных конденсаторов, причем один ввод батареи подключен к линейной шине, а другой ввод - к заземлению, замыкающий выключатель, подсоединенный параллельно части конденсаторов, расположенных со стороны заземленного ввода, причем один ввод выключателя находится на потенциале земли, отличающееся тем, что в источник реактивной мощности введен управляемый шунтирующий реактор, при этом соотношение мощностей управляемого шунтирующего реактора и части указанной батареи конденсаторов соответствует условию
Q_УШР≥Q_БСК,
где Q_УШР - мощность управляемого шунтирующего реактора,
a Q_БСК - мощность шунтирующей конденсаторной батареи статических конденсаторов при отключенном замыкающем выключателе.