Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в электрических сетях в устройствах поперечной компенсации для управления реактивной мощностью с целью регулирования напряжения в местах установки данных устройств в узлах подключения нагрузки.
Известен способ регулирования реактивной мощности статических компенсаторов реактивной мощности (RU №2641643, МПК H01F 29/02, опубл. 19.01.2018), включающих ограниченное количество реактивных элементов и управляющее устройство в виде многополюсного ключевого коммутатора, использующий управление ключевым коммутатором для формирования требуемой величины реактивного сопротивления статического компенсатора реактивной мощности за счет управления соединением реактивных элементов в синхронизирующий момент управления изменением эквивалентного реактивного сопротивления статического компенсатора реактивной мощности относительно приложенного к нему синусоидального напряжения.
Достоинством данного способа является синусоидальная форма регулируемого тока статического компенсатора реактивной мощности. Основным недостатком способа является необходимость использования большого количества реактивных элементов в схемах статического компенсатора реактивной мощности.
Известен способ управления реактивной мощностью, при котором компенсатор реактивной мощности состоит из последовательного соединения реактивного элемента и управляющего устройства, в котором управление реактивной мощностью реализуют с помощью управления управляющим устройством, формирующим требуемое действующее значение напряжения на реактивном элементе и соответственно требуемую величину реактивной мощности. При этом в качестве управляющего устройства используют управляемый ключ, с помощью которого формируют требуемое действующее значение напряжения на реактивном элементе методом фазового управления. Отпирают управляемый ключ в разные моменты времени относительно приложенного к статическому компенсатору реактивной мощности напряжения, этим управляют действующим значением напряжения на реактивном элементе (Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения: учебник для вузов - М.: Издательский дом МЭИ, 2007, с. 302-303).
Основным недостатком, присущим способу является несинусоидальная форма тока, протекающего через реактивный элемент, из-за несинусоидальной формы напряжения, прикладываемого к реактивному элементу. Это приводит к ухудшению качества регулирования мощности статического компенсатора реактивной мощности, к необходимости применения фильтров высших гармоник, к ухудшению его технико-экономических показателей в целом.
Известен способ компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети (RU № 2354025, МПК H02J 3/18, опубл. 27.04.2009), заключающийся в формировании импульсов управления силовыми ключами инвертора с использованием фазовой синхронизации напряжения и тока сети.
Недостатком является отсутствие возможности компенсации реактивной мощности основной составляющей (первой гармоники). Способ эффективен при компенсации реактивной мощности, которую создают высшие гармоники.
Известен способ симметрирования напряжений и компенсации реактивной мощности в электроэнергетической трехфазной системе (SU №1651340, МПК H02J 3/26, опубл. 23.05.1991), в котором формируют в реальном времени реактивные сопротивления симметро-компенсирующего устройства, при условии, что его активные сопротивления равны нулю. Способ обеспечивает заданную компенсацию токов обратной последовательности и реактивной мощности несимметричной нагрузки.
Недостаток заключается в отсутствии плавного изменения параметров реактивных сопротивлений при управлении в режиме автоматического регулирования.
Известен способ регулирования реактивной мощности нагрузки (RU №2669770, МПК H02J 3/01, опубл. 16.102018), принятый за прототип, в котором измеряют в проводах нагрузки комплексные значения фазных токов относительно измеренных линейных напряжений за текущее полпериода основной частоты, определяют ток прямой последовательностей нагрузки, определяют комплексные значения фазных токов, по которым формируют синусоидальные мгновенные значения этих токов, которые подают в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно соответственно трем фазам нагрузки.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, следующие: измеряют в проводах нагрузки комплексные значения фазных токов относительно измеренных напряжений за текущее полпериода основной частоты, определяют ток прямой последовательностей нагрузки, определяют значения фазных токов, по которым формируют синусоидальные мгновенные значения этих токов, которые подают в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно соответственно трем фазам нагрузки.
Предлагаемый по прототипу способ позволяет управлять реактивной мощностью в узле нагрузки.
Однако для случая автоматического поддержания заданной величины напряжения в узле нагрузки не определены условия формирования компенсирующих токов компенсатора реактивной мощности.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение заданной величины напряжения в узле нагрузки за счет компенсатора реактивной мощности.
Технический результат, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в обеспечении автоматического поддержания заданной величины напряжения в узле нагрузки за счет компенсирующих токов компенсатора реактивной мощности.
Технический результат достигается тем, что в способе регулирования компенсатора реактивной мощности для нагрузки, подключенной через линию электропередачи к источнику питания, в котором измеряют в проводах комплексные значения фазных токов нагрузки относительно фазных напряжений за текущее полпериода основной частоты, определяют ток прямой последовательности нагрузки, определяют значения фазных токов компенсатора, по которым формируют синусоидальные мгновенные значения этих токов, которые подают в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно соответственно трем фазам нагрузки, в соответствие с формулой изобретения предварительно задают величину модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке UN, определяют величины активного R, реактивного Х сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи, величину модуля напряжения прямой последовательности источника питания U1, определяют величины активной Ia и реактивной Ir составляющих тока прямой последовательности нагрузки, и определяют величину реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности I1КУ по выражению:
где: A = (R2 + X2);
B = 2*(U1 – Ia * R - Ir * X) * X+2*(Ia * X – Ir * R)* R;
C = -UN2 + (U1 – Ia * R - Ir * X)2 + (Ia * X – Ir *R)2;
R, Х - величины активного и реактивного сопротивлений линии, Ом;
U1 - величина модуля напряжения прямой последовательности источника питания, В;
UN – заданная величина модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке, В;
Ia, Ir - активная и реактивная составляющие тока прямой последовательности нагрузки, А;
по которому определяют значения фазных токов компенсатора.
Отличия от прототипа доказывают новизну технического решения, охарактеризованного в формуле изобретения.
Из уровня техники неизвестны отличительные существенные признаки заявляемого способа, охарактеризованного в формуле изобретения, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежом, где:
на фиг.1 представлена схема электроснабжения нагрузки на переменном токе от источника питания через линию электропередачи с измерением токов, их обработкой и формированием регулируемых источников тока;
на фиг.2 представлена схема регулируемого источника тока;
на фиг.3 представлена схема замещения прямой последовательности сети.
На фиг.1 показаны шины источника питания 1. К шинам подключена питающая линия электропередачи 2, к фазным провода 3, 4, 5 которой подключена нагрузка 6. Токи в фазных проводах 3, 4, 5 измеряют трансформаторами тока (ТТ) 7. Фазные напряжения на источнике питания 1 измеряют трансформатором напряжения (ТН) 9. Измерения от трансформаторов тока 7 и трансформатора напряжения 9 подают в измерительный модуль 10. Далее цифровые значения из блока 10 передают в расчетный модуль 11. Рассчитанные значения передают далее в формирователи импульсов 12, 13 и 14, управляющие сигналы от которых передают в источники токов 15, 16 и 17.
На фиг.2 показана схема регулируемого источника тока 15 компенсатора реактивной мощности, включенного между фазами. Сигнал от расчетного модуля 11 подают в формирователь импульсов 12. В формирователе импульсов 12 создают управляющие сигналы, которые подают на биполярные транзисторы 18 источника тока 15. Транзисторы 18 мгновенно реагируют на управляющие сигналы и, используя энергию конденсаторной батареи 19 или реактора 20, создают компенсирующий ток источника тока. Другие источники тока 16, 17 выполняют аналогично.
На фиг. 3 показана схема замещения прямой последовательности схемы с фиг.1, где показан источник питания 1, линия электропередачи 2, нагрузка 6, компенсатор, состоящий из источников тока 15, 16, 17.
Для реализации способа в соответствие с прототипом измеряют токи 
в проводах 3, 4 и 5, потребляемые нагрузкой 6, с помощью ТТ 7, и фазные напряжения 
с помощью ТН 9. Подают измеренные значения токов и напряжений в измерительный блок 10, где формируют цифровые значения измеренных величин, которые передают в расчетный модуль 11, где определяют значение тока прямой последовательности нагрузки 
по известному (Атабеков Г.И. Основы теории цепей, учебник для вузов, М. Энергия, 1969г, с.153) выражению:
значение напряжения прямой последовательности источника питания 
по известному выражению:
Так как на источнике питания 1 поддерживается постоянный уровень напряжений, то цифровое значение модуля напряжения прямой последовательности U1 заменяют цифровым значением модуля фазного напряжения U1=Ua и передают в расчетный модуль 11 вручную.
Предварительно в соответствие с предлагаемым изобретением определяют величины активного R, реактивного Х сопротивлений прямой последовательности линии, определяют величины активной Ia и реактивной Ir составляющих тока прямой последовательности нагрузки из комплексного тока , и определяют величину реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности устройства IКУ по выражению:
где: A = (R2 + X2);
B = 2*(U1 – Ia * R - Ir * X) * X+2*(Ia * X – Ir * R)* R;
C = -UN2 + (U1 – Ia * R - Ir * X)2 + (Ia * X – Ir *R)2;
где: R, Х - величины активного и реактивного сопротивлений линии, Ом;
U1 - величина модуля напряжения прямой последовательности источника питания, В;
UN – заданная величина модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке, В;
Ia, Ir - активная и реактивная составляющие тока прямой последовательности нагрузки, А.
По значению тока IКУ формируют синусоидальные мгновенные значения токов iab, ibc, ica с помощью формирователей импульсов 12, 13, 14 и источников тока 15, 16, 17, которые подают в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно нагрузке соединенной в треугольник.
При этом сформированные токи могут носить как емкостной, так и индуктивный характер, что следует учесть в схеме регулируемых источников тока 15, 16, 17, включая ключами 21, 22 по необходимости конденсатор 19 или реактор 20 в зависимости от значения IКУ при формировании синусоидальных мгновенных значений токов iab, ibc, ica . Для учета особенности нагрузки, например, изменение мощности в фазах нагрузки в широком диапазоне случайным образом, следует предварительно определить предельные значения мощностей реактивных элементов 19, 20 источников тока 15, 16, 17.
Для схемы электроснабжения нагрузки на переменном токе от трехфазной сети были проведены серии расчетов.
Пример расчета для схемы на фиг. 3:
R=5 Ом, X=i20 Ом, U1=11000 В, Ia=300 А, Ir=i80 А (индуктивный), |UN|=11000 В.
Т.е. напряжение на нагрузке должно быть по модулю таким же, как напряжение на источнике питания.
Получаем: A=425, B=3.72*105, C=-2.723*107, IКУ=67.927 A (емкостной).
Проверяем:
UNa + iUNr = U1 – (Ia – iIr + iIКУ) * (R + iX) = 9259 - i5940 В.
|UN| = 11000 В, аrg(UN)= -32.681 градуса.
Реактивная мощность компенсатора QKУ = - √3*|UN|*IКУ = -1.294 Мвар.
Полученные результаты показывают, что определяемые расчетные компенсирующие токи во всех режимах обеспечивают заданные уровни напряжений на нагрузке за счет реактивной мощности компенсатора.
Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в устройствах поперечной компенсации реактивной мощности. Технический результат: обеспечение автоматического поддержания заданной величины напряжения в узле нагрузки за счет компенсирующих токов компенсатора реактивной мощности. Согласно способу регулирования компенсатора реактивной мощности для нагрузки, подключенной через линию электропередачи к источнику питания, в котором измеряют в проводах комплексные значения фазных токов нагрузки относительно фазных напряжений за текущее полпериода основной частоты, определяют ток прямой последовательности нагрузки, определяют значения фазных токов компенсатора, задают величину модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке UN, определяют величины активного R, реактивного Х сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи, величину модуля напряжения прямой последовательности источника питания U1, определяют величины активной Ia и реактивной Ir составляющих тока прямой последовательности нагрузки, определяют величину реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности I1КУ по выражению: 
где: A = (R2 + X2); B = 2*(U1 – Ia * R - Ir * X) * X+2*(Ia * X – Ir * R)* R; C = -UN2 + (U1 – Ia * R - Ir * X)2 + (Ia * X – Ir *R)2; по величине которого определяют значения фазных токов компенсатора, которые подают в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно соответственно трем фазам нагрузки. 3 ил.
Способ регулирования компенсатора реактивной мощности для нагрузки, подключенной через линию электропередачи к источнику питания, в котором измеряют в проводах комплексные значения фазных токов нагрузки относительно фазных напряжений за текущее полпериода основной частоты, определяют ток прямой последовательности нагрузки, определяют значения фазных токов компенсатора, по которым формируют синусоидальные мгновенные значения этих токов, которые подают в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно соответственно трем фазам нагрузки, отличающийся тем, что предварительно задают значение модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке UN, определяют величины активного R, реактивного X сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи, формируют значение модуля напряжения прямой последовательности источника питания U1, формируют значения активной Ia и реактивной Ir составляющих тока прямой последовательности нагрузки, формируют значение реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности I1КУ по выражению:
где: А=(R2+X2);
В=2*(U1-Ia*R-Ir*X)*X+2*(Ia*X-Ir*R)*R;
С=-UN2+(U1-Ia*R-Ir*X)2+(Ia*X-Ir*R)2;
R, X - величины активного и реактивного сопротивлений линии, Ом;
U1 - значение модуля напряжения прямой последовательности источника питания, В;
UN - заданное значение модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке, В;
Ia, Ir - значения активной и реактивной составляющих тока прямой последовательности нагрузки, А;
по значению которого определяют значения фазных токов компенсатора.
| Способ совместной частичной компенсации реактивной мощности, подавления токов высших гармоник и симметрирования токов тяговой нагрузки железной дороги | 2017 |
|
RU2669770C1 |
| Устройство для симметрирования и компенсации реактивной мощности | 2021 |
|
RU2768366C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ НАГРУЗКИ | 2009 |
|
RU2396663C1 |
| Высокоуглеродистая сталь для инструмента холодной высадки | 1956 |
|
SU110559A1 |
| US 5726504 A1, 10.03.1998 | |||
| US 7183752 B2, 27.02.2007. | |||
