СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2015 года по МПК H02J3/18 

Настоящее изобретение относится к способу регулирования преобразователей тока для компенсации напряжения обратной последовательности в многофазной электрической сети электропередачи. При этом речь может идти, например, о статическом компенсаторе реактивной мощности, также называемом регулируемым статическим компенсатором реактивной мощности (Static Var Compensator SVC), или преобразователе напряжения (Voltage Source Converter, сокращение VSC).

Изобретение ставит перед собой задачу разработать такой способ, чтобы он поддавался легкой настройке параметров в любой рабочей точке.

Для решения данной задачи служит способ регулирования преобразователей тока для компенсации напряжения обратной последовательности в многофазной электрической сети электропередачи, при котором соединенная через сеть электропередачи многофазная соединительная линия регистрирует на соединительной линии фазовые токи, которые трансформируются посредством преобразования в составляющие тока системы прямой последовательности фаз; кроме того, на фазах соединительной линии регистрируются напряжения, и через них посредством преобразования образуются составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз, составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз подаются на регулятор напряжения, в котором образуются составляющие тока системы обратной последовательности фаз, служащие для уменьшения системы обратной последовательности фаз, и составляющие тока системы обратной последовательности фаз подаются на вход номинальных значений, а составляющие тока системы прямой последовательности фаз подаются на вход фактических значений регулятора напряжения, значения на выходе которого после обратного преобразования служат в качестве токов переключения для распределительных устройств преобразователя тока.

Значительное преимущество данного способа согласно данному изобретению состоит в том, что в нем посредством регулирования тока системы обратной последовательности фаз компенсируется напряжение системы обратной последовательности фаз. При этом гарантируется, что ток системы обратной последовательности фаз и напряжение системы обратной последовательности фаз выдают чистую реактивную мощность системы обратной последовательности фаз для поддержания напряжения в сети электропередачи, причем ни ток системы обратной последовательности фаз, ни напряжение системы обратной последовательности фаз не получают составляющие нулевой последовательности. Сгенерированные регулятором напряжения составляющие тока системы обратной последовательности фаз при этом регулируются посредством регулятора напряжения во внутреннем контуре регулирования. Таким образом, с помощью регулятора напряжения и регулятора силы тока образуется ступенчатое регулирование, которое в любой рабочей точке поддается простой настройке параметров и которое обходится без динамического ограничения и компенсации. Регулирование напряжения системы обратной последовательности фаз при этом не зависит от номинальных значений силы тока, напряжения, реактивной мощности и эффективной мощности.

В предусмотренном изобретением способе согласно усовершенствованному варианту выполнения изобретения целесообразно осуществляется регулирование реактивной мощности по напряжению, при котором из напряжений на фазах соединительной линии посредством преобразования образуются составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз, составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз подаются на регулятор реактивной мощности по напряжению, выходной ток которого подводится к входу суммирующего устройства, и составляющие тока системы обратной последовательности фаз подают на выход регулятора напряжения последующего входа суммирующего устройства, выход которого соединен с входом номинальных значений регулятора силы тока. Тем самым становится возможным ограничение реактивной мощности системы обратной последовательности фаз.

Далее предпочтительно, если способ согласно изобретению будет дополнен в той мере, что составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз подводятся к регулятору напряжения эффективной мощности, ток на выходе которого подводится к дополнительному входу суммирующего устройства.

В отличие от описанных выше дополняющих вариантов выполнения способа согласно изобретению предпочтительно, если из напряжений на фазах соединительных линий посредством преобразования образуются составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз, подводятся составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз к регулятору напряжения эффективной мощности, выходной ток которого подводится к дополнительному входу суммирующего устройства, и составляющие тока системы обратной последовательности фаз на выходе регулятора напряжения подводятся к последующему входу суммирующего устройства, выход которого соединен с входом номинальных значений регулятора силы тока. Таким образом, при упрощении всего способа при отказе от регулирования по напряжению реактивной мощности согласно изобретению возможно осуществление только регулирования эффективной мощности.

В способе согласно данному изобретению составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз и составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз образуются различными образами; однако предпочтительно, если эти составляющие образуются посредством преобразования Кларка с заключительной фильтрацией и преобразования Парка. В качестве регулятора напряжения в способе согласно изобретению могут быть применены по-разному сконструированные регуляторы; однако предпочтительно, если регулятор напряжения применяется с соответственно пропорционально-интегральным регулятором для составляющих напряжения системы обратной последовательности фаз, выходные токи обоих пропорционально-интегральных регуляторов подвергаются повороту вектора для достижения положения фаз под углом -90° к составляющим напряжения системы обратной последовательности фаз и ограничиваются по усмотрению.

Кроме того, задачей данного изобретения является устройство для осуществления вышеописанного способа согласно изобретению, которое настраивается сравнительно простым образом.

Для проведения данного способа устройство согласно изобретению содержит устройство регистрации силы тока для фазовых потоков на соединительной линии с подчиненным устройством преобразования, предусмотренным для преобразования фазовых токов в составляющие тока системы прямой последовательности фаз, а также устройство регистрации напряжения для напряжений на фазах соединительной линии с дополнительно подключенным последующим устройством преобразования с блоком преобразования, предназначенным для преобразования напряжений в составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз; блоку преобразования подчиняется регулятор напряжения, в котором образуются составляющие тока системы обратной последовательности фаз, служащие для уменьшения системы обратной последовательности фаз, и регулятору напряжения подчинен регулятор силы тока с одним входом номинальных значений, принимающим составляющие тока системы обратной последовательности фаз, и одним входом фактических значений, принимающим составляющие напряжения системы прямой последовательности, при этом регулятор силы тока со стороны выхода соединен посредством устройства обратного преобразования с переключающими входами распределительных устройств преобразователя тока.

Устройство имеет преимущества, которые были уже детально приведены выше в связи со способом согласно данному изобретению.

В устройстве согласно изобретению последующее устройство преобразования предпочтительно содержит последующий блок преобразования, который из напряжений на фазах соединительных линий на его выходе образует посредством преобразования составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз; последующему блоку преобразования подчиняется регулятор реактивной мощности по напряжению, выход которого соединен с входом дополнительно подключенного суммирующего устройства, и выход регулятора напряжения подключен к последующему входу суммирующего устройства, выход которого соединен с входом номинальных значений регулятора силы тока. С помощью такого устройства возможно осуществление дополнительного регулирования по напряжению реактивной мощности.

Если применяется и регулировка эффективной мощности, предпочтительно подсоединить регулятор напряжения эффективной мощности к последующему блоку преобразования, выход которого соединен с дополнительным входом суммирующего устройства.

Устройство согласно изобретению работает надежно, даже при отказе от регулирования по напряжению реактивной мощности выбирается вариант осуществления, при котором последующее устройство преобразования образует последующий блок преобразования, который из напряжений на фазах соединительной линии посредством преобразования на его выходе образует составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз, последующему блоку преобразования подчинен регулятор напряжения эффективной мощности, выход которого соединен с дополнительным входом суммирующего устройства, и выход регулятора напряжения соединен с последующим входом суммирующего устройства, выход которого соединен с входом номинальных значений регулятора силы тока.

Блоки преобразования последующего устройства преобразования могут быть осуществлены различными способами; преимущественно блок преобразования содержит фильтр для образования составляющих напряжения системы обратной последовательности фаз и подчиненный ему преобразователь Парка, а последующий блок преобразования содержит последующий фильтр для образования составляющих напряжения системы прямой последовательности фаз и последующий подчиненный ему преобразователь Парка.

Последующее устройство преобразования содержит преимущественно один преобразователь Кларка.

В отношении регулятора напряжения устройства согласно изобретению предпочтителен вариант осуществления, при котором регулятор напряжения содержит соответственно один пропорционально-интегральный регулятор для составляющих напряжения системы обратной последовательности фаз, и обоим пропорционально-интегральным регуляторам подчиняется устройство для поворота вектора при достижении положения фаз под углом -90° к составляющим напряжения системы обратной последовательности фаз и систему ограничителей. Преимущество данного варианта осуществления регулятора напряжения заключается в том, что он может быть осуществлен сравнительно простым и тем самым экономичным способом.

Для дополнительных разъяснений по данному изобретению на

фигуре 1 приведен пример осуществления устройства для осуществления способа согласно изобретению в виде статического компенсатора реактивной мощности в виде блок-схемы и на

фигуре 2 показан вариант осуществления регулятора напряжения, приведенного в устройстве согласно фиг.1.

Как показано на фиг.1, к линии 1 высокого напряжения/переменного напряжения, предусматривающей несколько фаз, в качестве электрической сети электропередачи через многофазную соединительную линию 2 подключен компенсатор 3 реактивной мощности, к которому обыкновенно параллельно подключен один фильтр 4. В соединительной линии 2 на изображенном примере осуществления находится трансформатор 5 звезда-треугольник.

На соединительной линии 2 расположено, кроме того, одно устройство 6 регистрации силы тока, которое обыкновенно состоит из преобразователей тока и поэтому в данном примере для наглядности не отображено в деталях. Из устройства 6 регистрации тока выходят вторичные токи is1, is2 и is3 для каждой фазы соединительной линии 2 и подводятся на устройство 7 преобразования, которое преобразует известным способом зарегистрированные токи is1, is2 и is3 в составляющие тока системы прямой последовательности фаз impl и imql. Составляющие тока системы прямой последовательности impl и imql подводятся в качестве фактических значений к входу 8 фактических значений нижеописанного регулятора 9 силы тока.

С помощью устройства 10 регистрации напряжения, в целях наглядности не отображенного в деталях, регистрируются напряжения u1, u2 и u3 на линии 1 высокого/переменного напряжения и подводятся к трансформатору 11 звезда-треугольник, который осуществлен известным образом, и поэтому в целях наглядности не нуждается в детальном описании.

Трансформатору 11 звезда-треугольник подчинено последующее устройство 12 преобразования, которое со стороны входа содержит преобразователь 13 Кларка, посредством которого производится известное преобразование Кларка таким образом, что на выходе преобразователя Кларка образуются составляющие напряжения α и β. Со стороны выхода к преобразователю 13 Кларка подсоединен блок 14 преобразования, который содержит фильтр системы 15 обратной последовательности фаз и подчиненный ему преобразователь 16 Парка. Посредством этого преобразователя 16 Парка производится известное преобразование Парка таким образом, что на выходе блока 14 преобразования образуются составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз р2 и q2.

К блоку 14 преобразования подключен регулятор 17 напряжения, с помощью которого производится регулирование составляющих напряжения системы обратной последовательности фаз. В данном случае регулирование производится с помощью номинального значения «ноль», так что на выходе регулятора напряжения образуются составляющие тока системы обратной последовательности фаз ip2 и iq2, которые в подчиненном преобразователе 18 преобразовываются в составляющие тока системы обратной последовательности фаз ipl и iql.

Последующее устройство 12 преобразования содержит, кроме того, последующий блок 19 преобразования, который также подключен к преобразователю 13 Кларка и со стороны входа образует фильтр 20 системы прямой последовательности. Ему подчинен последующий преобразователь 21 Парка, который производит преобразование Парка таким образом, что на его выходе образуются составляющие напряжения системы прямой последовательности pl и ql. Составляющие ql подводятся к подчиненному регулятору 22 реактивной мощности по напряжению, который работает с предварительно установленным номинальным значением напряжения и на его выходе создает составляющие тока системы прямой последовательности iql.

Последующий преобразователь 21 Кларка соединен, кроме того, с устройством 23 регулирования эффективной мощности и нагружается реальными составляющими напряжения системы прямой последовательности pl. И этот регулятор имеет установленное значение номинальной мощности и создает на своем выходе составляющие тока системы прямой последовательности ipl.

Выходы регулятора 17 напряжения либо подчиненного преобразователя 18 проводятся к входу 24 суммирующего устройства 25, который расположен с последующим входом 26 на выходе регулятора 22 реактивной мощности. Дополнительный вход 27 суммирующего устройства 25 соединен с выходом регулятора 23 эффективной мощности.

Выход суммирующего устройства 25 расположен на входе 28 номинальных значений регулятора 9 силы тока, который создает на его выходе соответствующие составляющие тока системы прямой последовательности фаз. Последние подводятся блоку 29 для обратной трансформации, при которой могут быть образованы токи переключения i1, i2 и i3 для неотображенных распределительных устройств преобразователей тока компенсатора 3 реактивной мощности, которые через линию 30 подводятся к компенсатору 3 реактивной мощности.

Дополнительно следует заметить, что к устройству 10 регистрации напряжения также подключена система 31 фазовой автоподстройки частоты PLL (Phase-Locked-Loop), которая неотображенным способом служит для синхронизации отдельных составляющих изображенного устройства.

На фигуре 2 показан пример осуществления регулятора 17 напряжения согласно фигуре 2. Регулятор напряжения содержит со стороны входа пропорционально-интегральный регулятор 40 либо 41, которые на своих выходах нагружены составляющими напряжения системы обратной последовательности фаз р2 и 20 q2, то есть выходными величинами преобразователей 16 Парка и Кларка согласно фигуре 1. Выходные величины обоих пропорционально-интегральных регуляторов 40 и 41 подводятся к устройству 42, в котором поворот производится таким образом, что положение фаз вектора находится под углом 90° к составляющим напряжения системы обратной последовательности фаз. Устройству 42 вектора подчинена система 43 ограничителей, при которой векторным образом настраивается ограничение согласно свойствам сети, содержащей линию 1 высокого - переменного напряжения. Результатом являются токи системы обратной последовательности фаз ip2 и iq2, которые подводятся к регулятору 9 силы тока через трансформатор 18 вместе с составляющими тока системы обратной последовательности фаз ipl и iql и составляющими тока системы прямой последовательности impl и imql. В блоке 29 обратной трансформации выходные величины регулятора 9 силы тока преобразуются в уже упомянутые токи переключения il, i2 и i3 таким образом, что в целом с помощью регулятора 17 напряжения - и при известных условиях регулятора 22 реактивной мощности по напряжению, а также регулятора 23 эффективной мощности - вместе с регулятором 9 силы тока создается ступенчатое регулирование, которое особенно хорошо поддается настройке параметров.

Использование: в области электротехники. Технический результат - устранение напряжения обратной последовательности в многофазной электрической сети (1) электропередачи с многофазным соединением (2). Фазовые токи регистрируются на соединении (2) и трансформируются посредством преобразования в составляющие тока системы прямой последовательности фаз, напряжения на фазах соединения (2) регистрируются, и посредством преобразования образуются составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз, которые подводятся к регулятору напряжения. В регуляторе напряжения (17) образуются служащие для уменьшения тока системы обратной последовательности фаз составляющие тока системы обратной последовательности фаз, которые подводятся к входу (28) номинальных значений регулятора напряжения (9). Составляющие тока системы прямой последовательности фаз находятся на входе (8) фактических значений регулятора (9) напряжения, значения на выходе которого после обратного преобразования служат в качестве токов переключения для распределительных устройств на преобразователе тока. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ регулирования преобразователей тока для компенсации напряжения обратной последовательности в многофазной электрической сети (1) электропередачи, в котором посредством многофазной соединительной линии (2), соединенной с сетью (12) электропередачи:
- регистрируют фазовые токи на соединительной линии (2) и преобразуют посредством преобразования в составляющие тока системы прямой последовательности фаз,
- регистрируют напряжения на фазах соединительной линии (2) и откуда посредством преобразования образуют составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз,
- составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз подают на регулятор (17) напряжения, в котором образуются составляющие тока системы обратной последовательности фаз, служащие для уменьшения системы обратной последовательности, и
- подают составляющие тока системы обратной последовательности фаз на вход (28) номинальных значений и составляющие тока системы прямой последовательности фаз подают на вход (8) фактических значений регулятора (9) силы тока, выходные величины которого после обратного преобразования служат в качестве токов переключения для распределительных устройств преобразователя тока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
- из напряжений на фазах соединительной линии (2) посредством преобразования образуют составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз,
- составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз подают на регулятор (22) реактивной мощности по напряжению, выход которого подводится к входу (26) суммирующего устройства (25), и
- составляющие тока системы обратной последовательности фаз на выходе регулятора напряжения подают на последующий вход (24) суммирующего устройства (25), выход которого соединен с входом (28) номинальных значений регулятора (9) силы тока.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что
- составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз подводят к регулятору (23) напряжения эффективной мощности, выходной ток которого подводится к дополнительному входу (27) суммирующего устройства (25).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что
- из напряжений на фазах соединительной линии (2)
посредством преобразования образуют составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз,
- составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз подают на регулятор (23) напряжения эффективной мощности, выходной ток которого подводят к дополнительному входу (27) суммирующего устройства (25), и
- составляющие тока системы обратной последовательности фаз на выходе регулятора (17) напряжения подводят к последующему входу (24) суммирующего устройства (25), выход которого соединен с входом (28) номинальных значений регулятора (25) силы тока.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что образуют составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз и составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз посредством преобразования Кларка с заключительной фильтрацией и преобразованием Парка.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что
- в качестве регулятора (17) напряжения применяют регулятор напряжения с соответственно пропорционально-интегральным регулятором (40, 41) для составляющих напряжения системы обратной последовательности фаз и
- выходные токи обоих пропорционально-интегральных регуляторов (40, 41) подвергают повороту вектора для достижения положения фазы под углом -90° к составляющим напряжения системы обратной последовательности фаз и могут быть ограничены по усмотрению.

7. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-6, содержащее устройство (6) регистрации тока для фазовых токов на соединительной линии (2) и подчиненное устройство (7) преобразования, предназначенное для преобразования фазовых токов в составляющие тока системы прямой последовательности фаз, устройство (10) регистрации напряжения для напряжений на фазах соединительной линии (2) и дополнительно подключенное устройство (12) преобразования с блоком (15) преобразования, предназначенным для преобразования напряжений в составляющие напряжения системы обратной последовательности фаз,
блок (15) преобразования подчиненного регулятора (17) напряжения, в котором образуются составляющие тока системы обратной последовательности фаз, служащие для уменьшения системы обратной последовательности фаз, и
- подчиненный регулятору (17) напряжения регулятор (9) силы тока с входом (28) номинальных значений, принимающим составляющие тока системы обратной последовательности фаз, и входом (8) фактических значений, регистрирующим составляющие тока системы прямой последовательности фаз, (8), при этом регулятор (9) силы тока со стороны выхода через устройство (29) обратного преобразования соединен с переключающими входами распределительных устройств преобразователя тока.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что
- последующее устройство преобразования (12) содержит последующий блок (19) преобразования, который из напряжений на фазах соединительной линии (2) посредством преобразования на его выходе образует составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз,
- последующему блоку (19) преобразования подчинен регулятор (22) реактивной мощности по напряжению, выход которого соединен с входом (26) дополнительно подключенного суммирующего устройства (25), и
- выход регулятора (17) напряжения подключен к последующему входу (24) суммирующего устройства (25), выход которого соединен с входом (28) номинальных значений регулятора (9) силы тока.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что
- к последующему блоку (19) преобразования подключен регулятор (23) напряжения эффективной мощности, выход которого соединен с дополнительным входом (27) суммирующего устройства (25).

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что
- последующее устройство (12) преобразования содержит последующий блок (19) преобразования, который из напряжений на фазах соединительной линии (2) посредством преобразования на его выходе образует составляющие напряжения системы прямой последовательности фаз,
- последующему блоку (19) преобразования подчинен регулятор (23) напряжения эффективной мощности, выход которого соединен с дополнительным входом (27) суммирующего устройства (25), и
- выход регулятора (17) напряжения подключен к последующему входу (24) суммирующего устройства (25), выход которого соединен с входом (28) номинальных значений регулятора (9) силы тока.

11. Устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что
- блок (14) преобразования содержит фильтр (15) для образования составляющих напряжения системы обратной последовательности фаз и подчиненный ему преобразователь (16) Парка и
- последующий блок (19) преобразования содержит последующий фильтр (20) для образования составляющих напряжения системы прямой последовательности фаз и подчиненный ему преобразователь (21) Парка.

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что
- последующее устройство (19) преобразования содержит со стороны входа преобразователь (13) Кларка,

13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что
регулятор (17) напряжения содержит соответственно пропорционально-интегральный регулятор (40, 41) для составляющих напряжения системы обратной последовательности фаз и
- обоим пропорционально-интегральным регуляторам (40, 41) подчинено устройство для поворота (42) вектора для достижения положения фаз под углом -90° к составляющим (43) напряжения системы обратной последовательности фаз и система ограничителей.