СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ В ПИТАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Российский патент 2016 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Известны способы компенсации потери напряжения в питающей электрической сети с помощью источника емкостного тока в узле нагрузки, при котором измеряют активный I_a и реактивный I_рн токи нагрузки и регулируют ток емкостного компенсирующего устройства (Баркан Я.З. Автоматическое управление режимом батарей конденсаторов. - М.: Энергия, 1978, с. 52-67; патент РФ №2239271, МПК H02J 3/16; H02J 3/18, опубл. 27.10.2004; патент РФ №2368992, H02J 3/18; опубл. 27.09.2009).

Известные способы предусматривают измерение токов и напряжений в узле нагрузки без учета потери напряжения в питающей сети.

Следовательно, недостатком известных способов является высокая погрешность компенсации потери напряжения в питающей электрической сети.

Следовательно, недостатком известных способов является высокая сложность процедуры идентификации.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является способ компенсации потери напряжения в питающей электрической сети с помощью источника емкостного тока в узле нагрузки, при котором измеряют активный I_a и реактивный I_рн токи нагрузки и регулируют ток емкостного компенсирующего устройства (а.с. СССР №1737619, МПК H02J 3/18).

Известный способ предусматривает измерение активного и реактивного токов нагрузки и питающей сети и регулирование тока компенсирующего устройства таким образом, чтобы емкостной ток питающей сети был равен активному току нагрузки, умноженному на коэффициент, равный отношению активного сопротивления питающей сети к индуктивному сопротивлению питающей сети. В этом случае напряжение на нагрузке поддерживается приближенно равным напряжению в центре питания. Погрешность компенсации потери напряжения при этом возрастает при увеличении реактивного тока нагрузки.

Следовательно, недостатком известного способа является высокая погрешность компенсации потери напряжения в питающей электрической сети.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности компенсации потери напряжения в питающей электрической сети.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе компенсации потери напряжения в питающей электрической сети с помощью источника емкостного тока в узле нагрузки, при котором измеряют активный I_a и реактивный I_рн токи нагрузки и регулируют ток емкостного компенсирующего устройства, дополнительно измеряют активное r и индуктивное x сопротивления питающей сети, действующее напряжение питающей сети U, вычисляют требуемое значение реактивного тока питающей сети по формуле

и устанавливают ток компенсирующего устройства в соответствии с выражением

I_к=I_р+I_рн.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемый способ имеет следующие новые операции:

- измеряют активное r и индуктивное x сопротивления сети;

- измеряют действующее значение напряжения питающей сети U;

- вычисляют требуемое значение реактивного тока питающей сети по формуле

- устанавливают ток компенсирующего устройства в соответствии с выражением

I_к=I_р+I_рн.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

По каждому из отличительных признаков проведен поиск известных технических решений в области электротехники и автоматики.

Операция измерения действующего значения напряжения питающей сети U известна в способах аналогичного назначения (Баркан Я.З. Автоматическое управление режимом батарей конденсаторов. - М.: Энергия, 1978, с. 52-67).

Операция установления тока компенсирующего устройства в соответствии с выражением I_к=I_р+I_рн известна в способах аналогичного назначения (Баркан Я.З. Автоматическое управление режимом батарей конденсаторов. - М.: Энергия, 1978, с. 52-67).

Операции измерения активного r и индуктивного x сопротивлений питающей сети; вычисления требуемого значения реактивного тока питающей сети по формуле

в известных способах аналогичного назначения не обнаружены.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

При реализации предлагаемого технического решения обеспечивается точная компенсация потери напряжения в питающей электрической сети. Это достигается за счет поддержания емкостного тока в питающей сети на основании измерения активного и индуктивного сопротивлений питающей электрической сети, активного и индуктивного токов нагрузки и напряжения в узле нагрузки и точного вычисления необходимого емкостного тока компенсирующего устройства для полной компенсации потери напряжения.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

Сущность предлагаемого способа компенсации потери напряжения в питающей электрической сети поясняется чертежами. Эквивалентная схема замещения участка системы электроснабжения, показанная на фиг. 1, содержит питающую электрическую сеть с активным сопротивлением r и индуктивным сопротивлением x. На фиг. 1 обозначено: $$\dot{E}$$ - напряжение в центре питания; $$\Delta \dot{U}$$ - падение напряжения в питающей электрической сети; $$\dot{I}=I_a+j{I}_p$$ - ток питающей сети; I_a - активный ток питающей сети; I_p - реактивный ток питающей сети; $$\dot{U}$$ - напряжение в узле нагрузки; x_к - реактивное сопротивление компенсирующего устройства; z_н - комплексное сопротивление нагрузки.

На фиг. 2 приведены векторные диаграммы токов и напряжений в узле нагрузки в режиме потребления активно-индуктивного тока. На чертеже обозначено: I_рн - реактивный ток нагрузки; I_к - реактивный ток компенсирующего устройства. Активный ток питающей сети равен активному току нагрузки I_a=I_ан.

На основании векторной диаграммы, приведенной на фиг. 2, можно составить уравнение для действующих значений напряжений:

где E - напряжение в центре питания.

Решение уравнения

E=U

с учетом соотношения (1) относительно реактивного тока питающей сети дает выражение

Для определения знака (+ или -) в выражении (2) рассмотрим случай I_ан=0. Полная компенсация обеспечивается при I_р=0. Выражение (2) при I_ан=0 принимает вид

Из уравнения (3) следует, что в формуле (2) физической сущности процесса отвечает знак «-», т.е.

Следовательно, если с помощью компенсирующего устройства установить ток питающей сети в соответствии с уравнением (4), то потеря напряжения в сети будет полностью скомпенсирована и напряжение на нагрузке будет равно напряжению в центре питания U=Ε.

На фиг. 3 приведена функциональная схема системы автоматического регулирования тока компенсирующего устройства. На чертеже (фиг. 3) обозначено: 1 - питающая электрическая сеть; 2 - электроприемник (нагрузка); 3 и 5 - первый и второй трансформаторы тока; 4 - трансформатор напряжения; 6 - компенсирующее устройство; 7, 8 и 9 - первый, второй и третий контроллеры; 10 - шина данных.

Система, реализующая предлагаемый способ компенсации потери напряжения в питающей электрической сети работает следующим образом. Сигналы с датчиков тока 3 (измеряет ток нагрузки) и 5 (измеряет ток компенсирующего устройства) и напряжения 4 поступают на входы контроллеров 7 и 9.

Контроллер 7 выполняет следующие функции:

- аналого-цифровое преобразование сигналов тока и напряжения, поступающих с выходов датчиков тока 3 и напряжения 4;

- непрерывное вычисление действующих значений активной I_ан и реактивной I_рн составляющих тока нагрузки и напряжения U путем усреднения за период питающей сети.

Контроллер 9 выполняет следующие функции:

- аналого-цифровое преобразование сигналов токов и напряжения, поступающих с выходов датчиков соответственно 3, 5 и 4;

- непрерывное вычисление и запоминание действующих значений активной I_ан и реактивной I_рн составляющих тока нагрузки и тока компенсирующего устройства I_к и напряжения U путем усреднения за период питающей сети;

- вычисление значений активного r и реактивного x сопротивлений питающей электрической сети 1. Процедура идентификации параметров питающей электрической сети производится следующим образом. Из массивов запомненных значений с учетом значения тока I_к (I_р=I_к-I_рн) компенсирующего устройства путем численного решения системы уравнений:

где U₁, U₂, U₃, I_ан1, I_ан2, I_ан3, I_р1, I_р2, I_р3 - массивы напряжений, активных нагрузки и реактивных токов сети, зарегистрированные в три разных момента времени. Система из трех уравнений используется для определения двух неизвестных r и x при неизвестном E.

Данные о действующих значениях активной I_ан и реактивной I_рн составляющих тока нагрузки и напряжения U и значениях активного r и реактивного x сопротивления питающей электрической сети по шине данных 10 поступают в контроллер 8, который производит вычисление значения реактивного тока питающей сети в соответствии с выражением (3) и формирование сигнала задания для компенсирующего устройства в соответствии с уравнением

I_к=I_р+I_рн.

Важным достоинством предлагаемого технического решения является то, что при его реализации не требуется информация о значении напряжения в центре питания. В результате работы системы напряжение в узле нагрузки автоматически устанавливается равным напряжению в центре питания.

Следовательно, известный способ компенсации потери напряжения в питающей электрической сети с помощью источника емкостного тока в узле нагрузки, при котором измеряют активный I_ан и реактивный I_рн токи нагрузки и регулируют ток емкостного компенсирующего устройства, отличается тем, что дополнительно измеряют активное r и индуктивное x сопротивления питающей сети, действующее напряжение питающей сети U, вычисляют требуемое значение реактивного тока питающей сети по формуле

и устанавливают ток компенсирующего устройства в соответствии с выражением

I_к=I_р+I_рн,

и обеспечивает повышение точности компенсации потери напряжения в питающей электрической сети.

Использование предлагаемого способа компенсации потери напряжения в питающей электрической сети на промышленных предприятиях будет способствовать повышению надежности и качества электрооборудования, питающих сетей и технологических процессов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности компенсации потери напряжения. Согласно способу сигналы с датчиков тока 3 и 5 и напряжения 4 поступают на входы контроллеров 7 и 9. Контроллер 7 выполняет следующие функции: аналого-цифровое преобразование сигналов тока и напряжения; непрерывное вычисление действующих значений активной I_а и реактивной I_рн составляющих тока нагрузки и напряжения U путем усреднения за период питающей сети. Контроллер 9 выполняет следующие функции: аналого-цифровое преобразование сигналов тока и напряжения, непрерывное вычисление и запоминание действующих значений активной I_ан и реактивной I_рн составляющих тока нагрузки и напряжения U путем усреднения за период питающей сети; вычисление значений активного r и реактивного x сопротивлений питающей электрической сети 1. Данные о действующих значениях активной I_ан и реактивной I_рн составляющих тока нагрузки и напряжения U и значениях активного r и реактивного x сопротивления питающей электрической сети по шине данных 10 поступают в контроллер 8, который производит вычисление требуемого значения реактивного тока питающей сети

и формирование сигнала задания для компенсирующего устройства в соответствии с уравнением I_к=I_р+I_рн. 3 ил.

Способ компенсации потери напряжения в питающей электрической сети с помощью источника емкостного тока в узле нагрузки, при котором измеряют активный I_ан и реактивный I_рн токи нагрузки и регулируют ток емкостного компенсирующего устройства, отличающийся тем, что дополнительно измеряют активное r и индуктивное x сопротивления питающей сети, действующее напряжение питающей сети U, вычисляют требуемое значение реактивного тока питающей сети по формуле

и устанавливают ток компенсирующего устройства в соответствии с выражением
I_к=I_р+I_рн.