Универсальный тиристорный регулятор величины вольтодобавочного напряжения Российский патент 2019 года по МПК H03C3/00 

Изобретение относится к высоковольтным электротехническим комплексам для управляемых линий электропередач.

Известно фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и вставлены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, узлы соединения обмоток которого подключены к высоковольтным выводам трехфазного высоковольтного коммутатора. При этом низковольтные выводы всех фаз коммутатора соединены по схеме звезды, а входные выводы каждой фазы коммутатора подключены ко вторичной обмотке соответствующей фазы трехфазного шунтового трансформатора, первичные обмотки которого высоковольтными выводами подключены к средним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединены по схеме звезды и заземлены (патент Российской Федерации на полезную модель RU 106060 U1 кл. Н03Н 7/18, опубл. 27.06.2011 г.).

Недостатком устройства является реализация симметричного регулирования напряжения и отсутствие продольного регулирования. Это делает невозможным изменение а, следовательно, и стабилизацию выходного напряжения по величине.

Известно полупроводниковое фазоповоротное устройство (ПФУ), которое реализует продольно-поперечное регулирование напряжения (патент Российской Федерации изобретение RU 2450420 С1 кл. Н03С 3/00, опубл. 10.05.2012 г.). Поперечное регулировании напряжения фазы С обеспечивается группами N1 и N2 (чужих) фаз В и А вторичных обмоток шунтового трансформатора, питающего через тиристорные коммутаторы первичные обмотки сериесного трансформатора. Причем числа витков вторичных обмоток шунтового трансформатора этих групп выбраны в соответствии с геометрической числовой последовательностью при основании равном трем. Продольное регулирование выполняется группой N1 (своей) фазы С. Числа витков вторичных обмоток шунтового трансформатора в пределах этой группы выбраны в соответствии с геометрической числовой последовательностью при основании равном двум.

Данное ПФУ имеет следующие недостатки. ПФУ может применяться только в линиях электропередач с заземленной нейтралью, необходимой для подключения первичных обмоток шунтового трансформатора. В связи с этим реализация схемного решения невозможна в сетях среднего напряжения (6-20 кВ) из-за отсутствия в них нейтрального провода. В этом ПФУ необходимо разбиение вторичных обмоток шунтового трансформатора на секции, имеющие разное число витков, что значительно усложняет коммутационные процессы. Требуется применение трансформаторов повышенной мощности, т.к. в данном ПФУ регулирование происходит путем геометрического сложения векторов напряжений.

Наиболее близким к техническому решению по технической сущности является ПФУ, которое реализует продольно-поперечное регулирование напряжения (патент Российской Федерации на полезную модель RU 157116 U8 кл. Н03С3/00, Н03Н7/18 опубл. 20.11.15 г.)

ПФУ, содержит трехфазный сериесный трансформатор, первичные обмотки которого соединены по схеме «звезда», вторичные обмотки которого включены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, трехфазный шунтовый трансформатор, высоковольтные выводы которого подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ПФУ, а вторичные обмотки каждой фазы выполнены в виде пяти гальванически развязанных секций, выводы которых подключены к соответствующим входным клеммам трехфазного коммутатора.

Недостаток данного фазоповоротного устройства заключается в использование секционированных вторичных обмоток шунтового трансформатора и, соответственно, использования большого количества

тиристорных ключей в модулях регулирования напряжения.

Другим недостатком ПФУ является использование трехфазного сериесного трансформатора с соединением первичных обмоток по схеме «звезда» при продольном и поперечном регулированиях, что ухудшает гармонический состав напряжения, вносимого в высоковольтную линию в обоих режимах.

Решаемая задача - регулирование потоков мощности в распределительных электрических сетях.

Технический результат - реализация продольного и поперечного регулирования напряжения с использованием одного модуля регулирования, что сокращает количество тиристорных коммутаторов и не требует секционирования обмоток, улучшение гармонического состава напряжения вносимого в высоковольтную линию напряжения при продольном регулировании.

Технический результат достигается тем, что в универсальном ТРВДН используются два трансформатора шунтовый и сериесный с шестиполюсным переключателем режимов работы, при этом изменение величины выходных напряжений осуществляется путем геометрического суммирования векторов напряжений в режиме продольного регулирования, а сдвиг по фазе выходных линейных напряжений относительно входных реализуется в режиме поперечного регулирования. Соединение первичных обмоток шунтового трансформатора по схеме «треугольник» не требует использования нейтрали для реализации схемного решения и позволяет использовать универсальный ТРВДН в сетях низкого, среднего и высокого напряжений. При продольном регулировании благодаря использованию сериесного трансформатора с соединением первичных обмоток по схеме «треугольник» напряжение, вносимое ТРВДН в высоковольтную линию, не содержит гармоник кратных трем и имеет улучшенный гармонический состав. Тиристорные коммутаторы модулей регулирования каждой фазы выполнены по мостовой схеме. В диагональ каждого моста включена одна вторичная обмотка шунтового трансформатора. Использование шестиполюсного переключателя режимов работы сериесного трансформатора позволяет существенно сократить количество тиристорных коммутаторов модулей регулирования и реализовать продольное и поперечное регулирования выходного напряжения без дополнительного секционирования обмоток шунтового трансформатора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена функциональная схема универсального ТРВДН.

Предлагаемый универсальный тиристорный регулятор величины вольтодобавочного напряжения содержит сериесный трансформатор 1 с шестиполюсным переключателем режимов работы 2, при этом вторичные обмотки 3, 4, 5 сериесного трансформатора подключены к клеммам 6 рассечки фазы А, 7 рассечки фазы В, 8 рассечки фазы С трехфазной высоковольтной линии электропередачи 9 со стороны входа ТРВДН и к клеммам 10 рассечки фазы А, 11 рассечки фазы B, 12 рассечки фазы С трехфазной высоковольтной линии электропередачи со стороны выхода ТРВДН; трехфазный шунтовый трансформатор 13, первичные обмотки которого соединены по способу «треугольник» и подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи 6 фазы А, 7 фазы В и 8 фазы С стороны входа ТРВДН, вторичные обмотки каждой из трех фаз выполнены в виде гальванически развязанных секций 14-16; трехфазный коммутатор, состоящий из групп однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными ключами 17-28 в каждом плече с входными зажимами 29-31 и выходными зажимами 32-34, при этом входные зажимы трехфазного коммутатора объединены между собой и присоединены к общему выходному зажиму 35 шестиполюсного переключателя режимов 2 сериесного трансформатора 1, выходные зажимы трехфазного коммутатора 32-34 подключены к вводным зажимам 36,37,38 шестиполюсного переключателя режимов.

Универсальный ТРВДН работает следующим образом. Существует два положения работы шестиполюсного переключателя режимов. В первом положении, которое показано на фиг. 1, реализуется продольное регулирование выходного напряжения. При этом выходной зажим 32 первой фазы трехфазного коммутатора подключен ко второму входному зажиму 44 третьей фазы переключателя режимов, выходной зажим 33 второй фазы трехфазного коммутатора подключен ко второму входному зажиму 42 второй фазы переключателя режимов, выходной зажим 34 третьей фазы трехфазного коммутатора подключен ко второму входному зажиму 40 первой фазы переключателя режимов, при этом соединяются входной зажим 45 первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора и второй входной зажим 40 первой фазы переключателя режимов, входной зажим 46 первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора соединяется со вторым входным зажимом 42 второй фазы переключателя режимов, а входной зажим 47 первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора соединяется со вторым входным зажимом 44 третьей фазы переключателя диапазонов. Выходной зажим 54 первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора соединяется со вторым выходным зажимом 49 первой фазы переключателя режимов, выходной зажим 55 первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора соединяется со вторым выходным зажимом 51 второй фазы переключателя режимов, а выходной зажим 56 первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора соединяется со вторым выходным зажимом 53 третьей фазы переключателя режимов. При этом второй выходной зажим 49 первой фазы переключателя режимов соединен с входным зажимом 46 первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора, второй выходной зажим 51 второй фазы переключателя режимов соединен с входным зажимом 47 первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора, а второй выходной зажим 53 третьей фазы переключателя режимов соединен с входным зажимом 45 первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора. В данном случае первичные обмотки сериесного трансформатора 57,58,59 будут соединены по способу «треугольник».

При включенных коммутаторах 19, 20, 23, 24, 27, 28 вторичные обмотки шунтового трансформатора 14-16, рассчитанные на напряжение u₂=e₂, исключаются из цепи протекания тока и выходные напряжения u_A2B2, u_B2C2, u_C2A2 равны соответствующим входным напряжениям u_АВ, u_ВС, u_СА. Увеличение выходного напряжения ТРВДН получается при включенных коммутаторах 17 и 20, 21 и 24, 25 и 28 и выключенных 18, 19, 22, 23, 26, 27. При этом в цепи питания первичных обмоток сериесного трансформатора вводится геометрическая разность э.д.с., описываемая выражениями: u_a3=e_2A-e_2C; u_b3=e_2B-e_2A; u_с3=e_2C-e_2B; соответственно, в рассечку линий ТРВДН вводятся напряжения вторичных обмоток сериесного трансформатора, которые с учетом его коэффициента трансформации k, описываются выражениями Δu_A=k*u_a3, Δu_B=k*u_b3, Δu_C=k*u_с3. Векторная диаграмма напряжений для данного режима показана на фиг.2

Можно показать, что уменьшение выходного напряжения ТРВДН получается при включении тиристорных коммутаторов 18 и 19, 22 и 23, 26 и 27 и отключении 17 и 20, 21 и 24, 25 и 2. Данному режиму работы соответствует векторная диаграмма, представленная на фиг. 3.

Во втором положении шестиполюсного переключателя режимов, который поясняет фиг. 4 реализуется поперечное регулирование выходного напряжения ТРВДН. В данном случае выходной зажим 32 первой фазы трехфазного коммутатора подключен к первому входному зажиму 39 первой фазы переключателя режимов, выходной зажим 33 второй фазы трехфазного коммутатора подключен к первому входному зажиму 43 третьей фазы переключателя режимов, выходной зажим 34 третьей фазы трехфазного коммутатора подключен к первому входному зажиму 41 второй фазы переключателя режимов. При этом соединяются входной зажим 45 первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора и первый входной зажим 39 первой фазы переключателя режимов, входной зажим 46 первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора соединяется с первым входным зажимом 41 второй фазы переключателя режимов, а входной зажим 47 первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора соединяется с первым входным зажимом 43 третьей фазы переключателя диапазонов. Выходной зажим 54 первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора соединяется с первым выходным зажимом 48 первой фазы переключателя режимов, выходной зажим 55 первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора соединяется с первым выходным зажимом 50 второй фазы переключателя режимов, а выходной зажим 56 первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора соединяется с первым выходным зажимом 52 третьей фазы переключателя режимов. Входные зажимы трехфазного коммутатора 29, 30, 31 объединены между собой и подключены к общей точке 35 соединения первых выходных зажимов 48, 50, 52 переключателя режимов. В данном случае первичные обмотки сериесного трансформатора 57, 58, 59 будут соединены по способу «звезда». При включенных коммутаторах 19, 20, 23, 24, 27, 28 вторичные обмотки шунтового трансформатора 14-16 исключаются из цепи протекания тока и выходные напряжения u_A2B2, u_B2C2, u_C2A2 равны соответствующим входным напряжениям u_АВ, u_ВС, u_СА. При включенных коммутаторах 17, 20, 21, 24, 25, 28 и выключенных 18, 19, 22, 23, 26, 27 в каждую линию вводится э.д.с. ступени поперечного регулирования. Следует отметить, что для поперечного регулирования напряжения фазы А применяется э.д.с. фазы В e_2В, находящаяся в противофазе с линейным напряжением u_ВС. Аналогично для поперечного регулирования напряжений фаз В и С используются э.д.с. фаз С e_2С и А e_2А, соответственно. Указанные э.д.с. находятся в противофазе с входными линейными напряжениями u_СА, u_АВ. Векторная диаграмма входных и выходных линейных напряжений для рассматриваемого режима приведена на фиг. 5. Данный режим позволяет получить на выходе ТРВДН линейные напряжения, отстающие от входных на угол α. При включенных коммутаторах 18, 19, 22, 23, 26, 27 и выключенных 17, 20, 21, 24, 25, 28 выходные напряжения ТРВДН опережают входные напряжения на угол α. Данному режиму работы соответствует векторная диаграмма, представленная на фиг. 6.

Использование импульсно-фазового способа управления обеспечивает плавное регулирование выходного напряжения при продольном и поперечном регулировании, что позволяет с высокой точностью и оперативностью управлять потоками активной и реактивной мощностей в распределительной сети.

Изобретение относится к высоковольтным электротехническим комплексам для управляемых линий электропередач. Технический результат – реализация продольного и поперечного регулирования напряжения с использованием одного модуля регулирования выходного напряжения, что сокращает количество тиристорных коммутаторов и не требует секционирования обмоток, и улучшение гармонического состава напряжения, вносимого в высоковольтную линию напряжения при продольном регулировании. Для этого используются два трансформатора, сериесный и шунтовый. Первичные обмотки шунтового трансформатора соединены по схеме «треугольник» и подключены к входным зажимам тиристорного регулятора величины вольтодобавочного напряжения. На базе вторичных обмоток реализуются универсальный модуль продольного и поперечного регулирования, подключенный к шестиполюсному переключателю режимов работы сериесного трансформатора, вторичные обмотки сериесного трансформатора включены последовательно между входными и выходными зажимами каждой фазы тиристорного регулятора величины вольтодобавочного напряжения. 6 ил.

Универсальный тиристорный регулятор величины вольтодобавочного напряжения для сетей низкого, среднего и высокого напряжений содержит сериесный трансформатор с шестиполюсным переключателем режимов работы, вторичные обмотки сериесного трансформатора включены в рассечки фаз трехфазной высоковольтной линии электропередачи; трехфазный шунтовый трансформатор, первичные обмотки которого соединены по способу «треугольник» и подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа устройства, вторичные обмотки каждой из трех фаз шунтового трансформатора включены в диагонали мостов однофазных полупроводниковых преобразователей трехфазного коммутатора, при этом первые выходные зажимы трехфазного коммутатора объединены между собой и присоединены к общему выходному зажиму шестиполюсного переключателя режимов сериесного трансформатора, в первом положении которого выходной зажим первой фазы трехфазного коммутатора подключен ко второму входному зажиму третьей фазы переключателя режимов, выходной зажим второй фазы трехфазного коммутатора подключен ко второму входному зажиму второй фазы переключателя режимов, выходной зажим третьей фазы трехфазного коммутатора подключен ко второму входному зажиму первой фазы переключателя режимов, при этом соединен входной зажим первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора и второй входной зажим первой фазы переключателя режимов, входной зажим первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора соединен со вторым входным зажимом второй фазы переключателя режимов, а входной зажим первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора соединен со вторым входным зажимом третьей фазы переключателя диапазонов, выходной зажим первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора соединен со вторым выходным зажимом первой фазы переключателя режимов, выходной зажим первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора соединен со вторым выходным зажимом второй фазы переключателя режимов, а выходной зажим первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора соединен со вторым выходным зажимом третьей фазы переключателя режимов, второй выходной зажим первой фазы переключателя режимов соединен с входным зажимом первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора, второй выходной зажим второй фазы переключателя режимов соединен с входным зажимом первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора, а второй выходной зажим третьей фазы переключателя режимов соединен с входным зажимом первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора, и тем самым реализовано соединение первичных обмоток сериесного трансформатора по способу «треугольник»; во втором положении шестиполюсного переключателя режимов выходной зажим первой фазы трехфазного коммутатора подключен к первому входному зажиму первой фазы переключателя режимов, выходной зажим второй фазы трехфазного коммутатора подключен к первому входному зажиму третьей фазы переключателя режимов, выходной зажим третьей фазы трехфазного коммутатора подключен к первому входному зажиму второй фазы переключателя режимов, входной зажим первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора соединен с первым входным зажимом первой фазы переключателя режимов, входной зажим первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора соединен с первым входным зажимом второй фазы переключателя режимов, а входной зажим первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора соединен с первым входным зажимом третьей фазы переключателя режимов, выходной зажим первичной обмотки первой фазы сериесного трансформатора соединен с первым выходным зажимом первой фазы переключателя режимов, выходной зажим первичной обмотки второй фазы сериесного трансформатора соединен с первым выходным зажимом второй фазы переключателя режимов, а выходной зажим первичной обмотки третьей фазы сериесного трансформатора соединен с первым выходным зажимом третьей фазы переключателя режимов, входные зажимы трехфазного коммутатора объединены между собой и подключены к общей точке соединения первых выходных зажимов переключателя режимов, и тем самым реализовано соединение первичных обмоток сериесного трансформатора по способу «звезда».