СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2023 года по МПК H02J3/16 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в электрических сетях в устройствах поперечной компенсации для управления реактивным сопротивлением и реактивной мощностью в линии электропередачи (ЛЭП) с целью уменьшения потерь электрической энергии и регулирования напряжения в местах установки данных устройств в ЛЭП.

Известен способ управления реактивным сопротивлением компенсатора реактивной мощности емкостного типа, содержащего группу конденсаторов и полупроводниковых управляемых ключей. Управляемые полупроводниковые ключи позволяют обеспечивать различные комбинации последовательно-параллельного включения конденсаторов, что, определяет эквивалентную емкость и реактивную мощность компенсатора реактивной мощности (Патент RU 2683964 С1). Способ обеспечивает синусоидальную форму тока компенсатора реактивной мощности во всем диапазоне регулирования его реактивной мощности. Недостатком способа является то, что он, в зависимости от типа реактивного элемента, позволяет реализовывать управляемое реактивное сопротивление только одного характера: либо индуктивное, либо емкостное.

Известен способ управления реактивным сопротивлением и реактивной мощностью, использующий статический тиристорный компенсатор (СТК), построенный на основе управляемого тиристорным ключом реактора и параллельно включенной ему конденсаторной батареи [Рыжов Ю.П. «Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения», Издательский дом «МЭИ», 2007 г. стр. 306, рис. 9.6]. Способ позволяет реализовывать управляемое реактивное сопротивление, как индуктивного, так и емкостного характера. Управление реактивной мощностью и эквивалентным реактивным сопротивлением СТК осуществляется с помощью фазового управления тиристорным ключом, включенным последовательно с реактором. Фазовое управление тиристорным ключом обеспечивает изменение действующего значения первой гармоники тока в реакторе и, соответственно управление действующим значением тока СТК. Способ позволяет реализовать плавное регулирование реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности. Недостатком способа является несинусоидальная форма тока компенсатора реактивной мощности, что напрямую сказывается на качестве электрической энергии в местах подключения компенсатора реактивной мощности к сети, и требует применение фильтров для подавления высших гармоник, что существенно удорожает компенсатор реактивной мощности.

Технической задачей предлагаемого способа управления реактивным сопротивлением компенсатора реактивной мощности является обеспечение синусоидальной формы тока компенсатора реактивной мощности и большого количества дискретных уровней реактивных сопротивлений во всем диапазоне их регулирования.

Техническим результатом предлагаемого способа является обеспечение высокого качества электрической энергии компенсатора реактивной мощности во всем диапазоне ее регулирования и упрощение устройства.

Технический результат достигается тем, что в способе управления реактивным сопротивлением компенсатора реактивной мощности, работающего от сети переменного напряжения, содержащего параллельное соединение управляемого реактора и конденсаторной батареи, при котором эквивалентное реактивное сопротивление компенсатора реактивной мощности формируют путем суммирования токов конденсаторной батареи и управляемого реактора, синхронизируют управление реактора с сетью переменного синусоидального напряжения, при этом, управляемый реактор и конденсаторную батарею выполняют в виде отдельных управляемых блоков состоящих из нескольких параллельных ветвей с реактивными элементами, имеющими фиксированные значения параметров, исходя из количества параллельных ветвей каждого управляемого блока подбирают фиксированные параметры реактивных элементов ветвей управляемых блоков так, чтобы реактивные сопротивления управляемых блоков отдельно и при их параллельном соединении обеспечивали максимальное количество различных фиксированных значений эквивалентных сопротивлений компенсатора реактивной мощности, сохраняют эти значения в таблице и, при формировании требуемой величины реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности, выбирают из таблицы фиксированных значений наиболее близкое к требуемой величине, определяют и формируют фиксированные значения реактивных сопротивлений управляемых блоков, соответствующие выбранному значению реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности, при этом синхронизацию задания состояний управляемых блоков с сетью переменного синусоидального напряжения осуществляют раздельно.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен пример построения компенсатора реактивной мощности, реализующий предлагаемый способ. На фиг.2 приведены таблицы отдельно для дискретных значений токов управляемых блоков реактора и конденсаторной батареи и суммарных токов компенсатора реактивной мощности. На фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие синхронизацию с сетью переменного синусоидального напряжения, процессов изменения состояний управляемых блоков реактора и конденсаторной батареи.

Компенсатор реактивной мощности фиг.1 состоит из двух управляемых блоков: управляемого блока 1 реактора и управляемого блока 2 конденсаторной батареи, каждый из которых своими выходными зажимами подключен к выходным зажимам компенсатора реактивной мощности 3. В свою очередь компенсатор реактивной мощности 3 своими выходными зажимами подключен к зажимам сети переменного синусоидального напряжения 4. Управляемый блок 1 реактора содержит три параллельно включенные ветви, каждая из которых состоит из последовательного соединения реактора и управляемого ключа, подключаемых к выходным зажимам управляемого блока 1 реактора. Первая ветвь состоит из реактора 5 и управляемого ключа 6. Вторая ветвь состоит из реактора 7 и управляемого ключа 8. Третья ветвь состоит из реактора 9 и управляемого ключа 10. Управляемый блок 2 конденсаторной батареи содержит три параллельные ветви, каждая из которых содержит последовательное соединение конденсатора и управляемого ключа, подключаемых к выходным зажимам управляемого блока 2 конденсаторной батареи. Первая ветвь содержит конденсатор 11 и управляемый ключ 12. Вторая ветвь содержит конденсатор 13 и управляемый ключ 14. Третья ветвь содержит конденсатор 15 и управляемый ключ 16. Параллельно выходным зажимам сети переменного синусоидального напряжения 4 подключен датчик напряжения 17, выход которого соединен со входом системы управления 18. Выходы системы управления 18 соединены с управляющими входами управляемых ключей 6, 8, 10, 12, 14, 16.

На фиг. 2 приведены отдельно таблицы токов управляемого блока 1 реактора (фиг. 2а), тока управляемого блока 2 конденсаторной батареи (фиг. 2б) и суммарного тока компенсатора реактивной мощности 3 (фиг. 2в, г.), получаемого вычитанием токов управляемого блока 1 реактора и управляемого блока 2 конденсаторной батареи, при различном состоянии управляемых ключей 6, 8, 10, 12, 14, 16.

На фиг. 3 приведены временные диаграммы тока управляемого блока 1 реактора и тока управляемого блока 2 конденсаторной батареи, поясняющие процессы синхронизации управления управляемыми ключами 6, 8, 10, 12, 14, 16 при независимом управлении изменениями токов управляемых блоков 1 и 2.

Способ управления реализуется следующим образом. Исходя из требуемого диапазона изменений емкостного и индуктивного сопротивлений компенсатора реактивной мощности 3 определяют максимальные значения реактивных сопротивлений отдельно для управляемого блока 1 реактора и управляемого блока 2 конденсаторной батареи. Исходя из выбранного количества параллельных ветвей с реактивными элементами управляемых блоков 1 и 2, вычисляют значения реактивных элементов для каждого из управляемых блоков 1 и 2, таким образом, чтобы реактивные сопротивления управляемых блоков отдельно и при их параллельном соединении обеспечивали максимальное количество различных, как по характеру, так и величинам, фиксированных значений эквивалентных сопротивлений компенсатора реактивной мощности 3. Характер и значения реактивных сопротивлений компенсатора реактивной мощности 3 определяются фазовым сдвигом и величиной тока компенсатора реактивной мощности 3 по отношению к сети переменного синусоидального напряжения 4. В компенсаторе реактивной мощности 3 могут работать как один из управляемых блоков (управляемый блок 1 реактора или управляемый блок 2 конденсаторной батареи), так и оба управляемых блока 1 и 2 совместно. При работе только одного управляемого блока 1 или 2, характер реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности 3 будет определяться типом работающего управляемого блока 1 или 2 соответственно, а количество уровней реактивного тока или сопротивления компенсатора реактивной мощности 3 будет определяться количеством уровней регулирования реактивного тока или сопротивления, обеспечиваемых соответствующим управляемым блоком 1 или 2. При совместной работе двух управляемых блоков 1 и 2, характер реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности 3 будет определяться разностью токов управляемых блоков 1 и 2, а количество уровней реактивного тока или сопротивлений компенсатора реактивной мощности 3 будет определяться количеством уровней регулирования реактивного тока или сопротивления, обеспечиваемыми совместной работой управляемых блоков 1 и 2. Для рассматриваемого примера компенсатора реактивной мощности 3, состоящего из управляемого блока 1 реактора и управляемого блока 2 конденсаторной батареи, каждый их которых состоит из трех реактивных элементов, количество уровней регулирования реактивного тока или сопротивления равно 7. и приведено на фиг. 2а, б. Величина уровней тока управляемых блоков 1 и 2 будет задаваться параметрами реактивных элементов, входящих в их структуру. В качестве примера уровни реактивных токов, формируемых управляемыми блоками 1 и 2, указаны в амперах. При совместной работе управляемых блоков 1 и 2 количество комбинаций уровней регулирования реактивных токов управляемых блоков 1 и 2, участвующих в формировании результирующего реактивного тока компенсатора реактивной мощности 3 существенно возрастает. Количество уровней реактивного тока индуктивного и емкостного характера при совместной работе управляемых блоков 1 и 2 и различном состоянии управляемых ключей 6, 8, 10, 12, 14, 16 приведено на фиг. 2в, г. Как видно из таблиц фиг. 2 уже при трех реактивных элементах в каждом из управляемых блоков 1 и 2 количество формируемых уровней регулирования реактивного тока компенсатора реактивной мощности 3 для индуктивного характера составляет 28 (фиг. 2а, г), а для емкостного - 40 (фиг. 2б, в). Этого уже достаточно для квазиплавного регулирования реактивного сопротивления или мощности компенсатора реактивной мощности 3.

Процесс формирования уровня реактивной мощности или реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности 3 связан с определением наиболее близкого к требуемому уровню дискретного значения регулируемого параметра. Формируемые параметры компенсатора реактивной мощности 3: величина реактивного тока или сопротивления, однозначно связаны с параметрами элементов управляемых блоков 1 и 2 и комбинацией состояний управляемых ключей 6, 8, 10, 12, 14, 16 и фиксируются в таблице состояний. Таким образом, процесс формирования состояния компенсатора реактивной мощности 3, соответствующий требуемому уровню реактивной мощности или величины реактивного тока и характера реактивного сопротивления, связан с определением наиболее близкого из возможных дискретных его состояний. Эти состояния формируются управляемыми блоками 1 и 2 с помощью соответствующего управления управляемыми ключами 6, 8, 10, 12, 14, 16. Каждый из управляемых блоков 1 и 2 имеет фиксированные значения параметров реактивных элементов.

При управлении компенсатором реактивной мощности 3 изменение состояния управляемого блока 1 реактора и управляемого блока 2 конденсаторной батареи должно проводиться отдельно и синхронизировано с сетью переменного синусоидального напряжения 4. Для того, чтобы переходной процесс в реакторе при включении соответствующего управляемого ключа 6, либо 8, либо 10, управляемого блока 1 реактора отсутствовал, соответствующий управляемый ключ 6, либо 8, либо 10, должен включаться в момент максимума напряжения сети переменного синусоидального напряжения 4. Это поясняется на фиг. 3 а временной диаграммой тока в реакторе 5 при включении управляемого ключа 6. Процесс изменения эквивалентной емкости управляемого блока 2 конденсаторной батареи требует наличия нулевого напряжения на подключаемых параллельно конденсаторах 11, 13, 15. Это реализуется путем отключения конденсаторов 11, 13, 15 от сети переменного синусоидального напряжения 4 и выдерживания временной паузы на разряд остаточного напряжения конденсаторов 11, 13, 15 на их внутренние резисторы. Подключение конденсаторов 11, 13, 15 к сети переменного синусоидального напряжения 4 должно осуществляться управляемыми ключами 12, 14, 16 соответственно, в момент времени, соответствующего нулевому напряжению сети переменного синусоидального напряжения 4. Переходные процессы при таком подключении отображены на фиг. 3б. на примере подключения незаряженного конденсатора 11 с помощью ключа 12 к сети переменного синусоидального напряжения 4. Поэтому синхронизация управления управляемыми блоками 1 и 2 компенсатора реактивной мощности 3 с сетью переменного синусоидального напряжения 4 должна осуществляться раздельно. Следует подчеркнуть, что при любом сочетании управляемых ключей 6, 8, 10, 12, 14, 16 токи компенсатора реактивной мощности 3 всегда будут синусоидальны, что обеспечивает высокое качество электрической энергии во всем диапазоне ее регулирования.

Большое количество уровней регулирования реактивной мощности и реактивного сопротивления обеспечивается при минимальном количестве реактивных элементов и управляемых ключей в схеме компенсатора реактивной мощности 3.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить высокое качество электрической энергии компенсатора реактивной мощности во всем диапазоне ее регулирования и упростить устройство за счет минимизации количества элементов силовой схемы компенсатора реактивной мощности.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - обеспечение высокого качества электрической энергии. Достигается тем, что в способе управления реактивным сопротивлением компенсатора реактивной мощности эквивалентное реактивное сопротивление компенсатора реактивной мощности формируют путем суммирования токов конденсаторной батареи и управляемого реактора, синхронизируют управление реактора с сетью переменного синусоидального напряжения. Управляемый реактор и конденсаторную батарею выполняют в виде отдельных управляемых блоков, состоящих из нескольких параллельных ветвей с реактивными элементами, имеющими фиксированные значения параметров. Исходя из количества параллельных ветвей каждого управляемого блока подбирают фиксированные параметры реактивных элементов ветвей управляемых блоков так, чтобы реактивные сопротивления управляемых блоков отдельно и при их параллельном соединении обеспечивали максимальное количество различных фиксированных значений эквивалентных сопротивлений компенсатора реактивной мощности, сохраняют эти значения и, при формировании требуемой величины реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности, выбирают из фиксированных значений наиболее близкое к требуемой величине. Определяют и формируют фиксированные значения реактивных сопротивлений управляемых блоков, соответствующие выбранному значению реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности. Синхронизацию задания состояний управляемых блоков с сетью переменного синусоидального напряжения осуществляют раздельно. 3 ил.

Способ управления реактивным сопротивлением компенсатора реактивной мощности, работающего от сети переменного напряжения, содержащего параллельное соединение управляемого реактора и конденсаторной батареи, при котором эквивалентное реактивное сопротивление компенсатора реактивной мощности формируют путем суммирования токов конденсаторной батареи и управляемого реактора, синхронизируют управление реактора с сетью переменного синусоидального напряжения, отличающийся тем, что управляемый реактор и конденсаторную батарею выполняют в виде отдельных управляемых блоков, состоящих из нескольких параллельных ветвей с реактивными элементами, имеющими фиксированные значения параметров, исходя из количества параллельных ветвей каждого управляемого блока подбирают фиксированные параметры реактивных элементов ветвей управляемых блоков так, чтобы реактивные сопротивления управляемых блоков отдельно и при их параллельном соединении обеспечивали максимальное количество различных фиксированных значений эквивалентных сопротивлений компенсатора реактивной мощности как по характеру, так и по величинам фиксированных значений эквивалентных сопротивлений компенсатора реактивной мощности, сохраняют эти значения в таблице и, при формировании требуемой величины реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности, выбирают из таблицы фиксированных значений наиболее близкое к требуемой величине, определяют и формируют фиксированные значения реактивных сопротивлений управляемых блоков, соответствующие выбранному значению реактивного сопротивления компенсатора реактивной мощности, при этом синхронизацию задания состояний управляемых блоков с сетью переменного синусоидального напряжения осуществляют раздельно.