СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЁХФАЗНОЙ СЕТИ Российский патент 2023 года по МПК H02J3/18 

Предлагаемый способ относится к области электротехники и может быть использован в системах управления электротехническими комплексами, которые обеспечивают стабильную работу системы при подключении потребителей к трёхфазной сети ограниченной мощности, например на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

При подключении потребителей большой мощности к трёхфазной сети ограниченной мощности, например, выполненной на базе ВИЭ, могут возникать аварийные (нестационарные) режимы работы, обусловленные выраженной несимметрией фазных напряжений, вплоть до полной несимметрии и выводу из строя потребителей и сети ограниченной мощности. Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности. Для обеспечения заданного коэффициента несимметрии напряжения в электротехнических комплексах вводится симметрирующее устройство, изображенное на фиг.1, управление которым осуществляется по определенным законам.

Известен способ ввода электрической энергии ветроэнергетической установки (см. патент РФ 2 605 446 С1, H02J 3/26), обеспечивающий подключение к сети и регистрирующий несимметрию в сети с помощью компонентов обратной последовательности. По данному способу ввод электрической энергии осуществляется путём регистрации несимметрии напряжения сети с последующей её компенсацией, причём блок ввода электрической энергии выполняется на основе схемы замещения потребителя, в котором определяется импеданс обратной последовательности. Регулирование этого импеданса осуществляется за счёт фазового угла и регулировочного коэффициента, в зависимости от полученной эквивалентной схемы для обратной последовательности, что обеспечивает частичную компенсацию в несимметричных режимах работа.

Недостатком способа является неполная компенсация несимметрии напряжения при подключении нагрузок к трёхфазной сети.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ компенсации несимметрии напряжения в трёхфазной сети (см. патент РФ 2 686 114 С1, H02J 3/26), являющийся прототипом, в котором по результатам измеряемых мгновенных значений линейных напряжений сети и вычислении управляющих воздействий формируются сигналы на трёхканальный пропорционально-интегральный регулятор в блок управления симметрирующим устройством на основе тиристорных реакторных групп (ТРГ).

Недостатками схем на основе ТРГ является:

Значительное искажение тока в цепях дросселей, вызванное коммутацией тиристоров, которое требует введения дополнительных фильтров.

Проблемой, которую решает изобретение, является устранение влияния несимметричных нагрузок потребителей на показатели качества трёхфазной электрической сети и обеспечении нормальных и предельно допустимых значений коэффициента несимметрии, согласно ГОСТ 13109-97.

Решение указанной проблемы достигается тем, что измеряют мгновенные значения фазных напряжений сети, по результатам измерений производят вычисления мгновенных значений симметричных составляющих напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности, преобразуют их из фазных в декартовые системы координат синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, затем сравнивают их с предварительно установленными напряжениями задания, получают отклонения вычисленных симметричных составляющих от напряжений заданий, которые используют в качестве указанных управляющих воздействий, причём выходные сигналы, полученные после преобразований управляющих воздействий многоканальными ПИ регуляторами преобразуют из декартовых в фазные системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, после чего преобразованные сигналы дополнительно суммируют и подают на блок управления симметрирующим устройством.

Способ поясняется чертежом на фиг. 1, где изображена функциональная схема реализации изобретения.

Схема содержит следующие элементы:

1 – Сеть ограниченной мощности.

2 – Потребитель.

3 – Конденсаторная батарея.

4 – Реактор.

5 – Симметрирующее устройство.

5.1 – Инвертор напряжения.

5.2 – Источник постоянного тока.

5.3 – Блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

6 – Блок вычисления последовательностей.

7 – Блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

8 – Преобразователь координат токов (ПКТ).

9 – Преобразователь координат напряжения (ПКН).

10 – Система управления инвертором.

10.1 – Блок регуляторов прямой последовательности.

10.2 – Блок регуляторов обратной последовательности.

10.3 – Блок регуляторов нулевой последовательности.

11 – Блок суммирования.

12 – Блок обратного преобразования координат.

Измеряемые датчиками тока и напряжения мгновенные значения фазных напряжений и токов сети поступают на блок 6, где с помощью метода симметричных составляющих выполняют выделение на симметричные составляющие напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности напряжения. Затем вычисленные симметричные составляющие поступают на блок фазовой автоподстройки частоты 7, который служит для обеспечения синхронизации трёхфазной сети и симметрирующего устройства по фазе и частоте. Напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности преобразуют из фазных в декартовые системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети для каждой из последовательностей в блоках 8 и 9. После этого, преобразованные мгновенные значения симметричных составляющих напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности сравнивают с предварительно установленными напряжениями задания и получают отклонения вычисленных симметричных составляющих от напряжений заданий, причём напряжение задания прямой последовательности устанавливают равными заданному симметричному режиму работы питающей сети, а напряжения задания для обратной и нулевой последовательности устанавливают равными нулю. Вычисленные отклонения поступают на систему управления 10, а именно, на многоканальную систему ПИ-регуляторов, которые синтезируют по методике подчиненного регулирования с внешним контуром напряжения и внутренним контуром тока, в блоки 10.1, 10.2 и 10.3. Выходные сигналы системы управления для каждой из последовательности суммируют в блоке 11, а в блоке 12 выполняют преобразование из декартовых в фазные системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети. Выходные сигналы блока 12 передают на симметрирующее устройство 5, состоящее из блока широтно-импульсной модуляции 5.3, транзисторного коммутатора 5.1 и источника постоянного тока 5.2.

Предлагаемый способ реализован с использованием транзисторного полупроводникового преобразователя в качестве симметрирующего устройства и основан на разложении вычисленных мгновенных значений фазных напряжений на симметричные составляющие напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности, что позволяет блоку управления симметрирующим устройством с высокой точностью и быстродействием определять и выполнять компенсацию несимметрии в трёхфазной сети при подключении к ней нагрузки и использовать симметричные составляющие напряжений в преобразованных из фазных в декартовые системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, используя все преимущества линейных систем автоматического управления.

Использование: в области электротехники для обеспечения устойчивой работы электротехнического комплекса в аварийных режимах работы, созданных в результате несимметрии фазных напряжений. Технический результат - устранение влияния несимметричных нагрузок потребителей на показатели качества трёхфазной электрической сети. Согласно способу измеряют мгновенные значения фазных напряжений сети, по которым выделяют мгновенные значения симметричных составляющих напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности. Получают отклонения вычисленных симметричных составляющих от напряжений заданий и используют их в качестве управляющих воздействий. Причём выходные сигналы, полученные после преобразований управляющих воздействий многоканальными регуляторами, дополнительно суммируют, преобразуют из декартовых в фазные системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, и подают на блок управления симметрирующим устройством. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ компенсации несимметрии напряжения трёхфазной сети, заключающийся в измерении мгновенных значений напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий, подаваемых через многоканальные регуляторы в блок управления симметрирующего устройства, отличающийся тем, что измеряют мгновенные значения фазных напряжений сети, по результатам измерений выделяют мгновенные значения симметричных составляющих напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности, преобразуют их из фазных в декартовые системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, после этого сравнивают с предварительно установленными напряжениями задания и получают отклонения вычисленных симметричных составляющих от напряжений заданий, которые используют в качестве управляющих воздействий, причём выходные сигналы, полученные после преобразований управляющих воздействий многоканальными регуляторами, дополнительно суммируют, затем преобразуют из декартовых в фазные системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, и подают на блок управления симметрирующим устройством.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве симметрирующего устройства используют транзисторный полупроводниковый коммутатор.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что управляющие воздействия подают через многоканальные пропорционально-интегральные регуляторы, реализующие принцип подчинённого управления.