СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ СТАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, РАБОТАЮЩЕГО В СЕТИ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК H02J3/16 H02J3/18 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в электрических сетях в устройствах поперечной компенсации для управления 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 реактивной мощностью компенсатора емкостного типа, содержащего последовательное соединение реактивного элемента и управляющего устройства, обеспечивающего задание генерируемой статическим компенсатором реактивной мощности (Патент RU 2 726 935 С1). Управляющее устройство осуществляет измерение напряжения на входных зажимах статического компенсатора мощности для вычисления величины напряжения, необходимого для формирования на зажимах управляющего устройства, которое, в свою очередь, влияет на величину напряжения на реактивном элементе. Напряжение управляющего устройства в таком способе формируется путем суммирования мгновенных значений двух регулируемых синусоидальных напряжений, сдвинутых относительно друг друга на 90 электрических градусов. Таким образом, при получении данных о напряжении на входных зажимах статического компенсатора посредством воздействия управляющего устройства на реактивный элемент формируется необходимая величина генерируемой статическим компенсатором реактивной мощности. Способ обеспечивает формирование напряжения управляющего устройства с фазовым сдвигом относительно напряжения сети. Недостатками способа является относительная сложность его реализации, требующая наличия двух сдвинутых на 90 электрических градусов синусоидальных напряжений. Это становится оправданным, когда требуется одновременное регулирование как активной, так и реактивной мощности в фазах сети.

Наиболее близким прототипом предлагаемого способа является способ управления мощностью статического компенсатора реактивной мощности, использующего для регулирования реактивной мощности управляющее устройство, задающее синусоидальное напряжение на емкостном реактивном элементе (Патент RU 2 675 620 С1). К достоинствам способа относится наличие одного регулируемого синусоидального напряжения. При регулировании реактивной мощности, способ использует выключение регулятора напряжения для смены напряжения на его выходе и выдерживание паузы перед формированием следующего уровня его напряжения. Введение паузы, с одной стороны, способствует надежному переключению уровней выходного напряжения регулятора синусоидального напряжения, а, с другой стороны, обеспечивает необходимое время для сброса остаточной энергии на емкостном элементе, имеющейся к моменту выключения регулятора напряжения. В течение паузы остаточное напряжение на емкостном элементе спадает к нулю за счет наличия у него встроенного резистора. При этом, в момент подключения регулятора с новым уровнем выходного напряжения к емкостному элементу, начальное напряжение на нем равно нулю. К недостаткам прототипа следует отнести влияние остаточного напряжения на емкостном элементе на максимальные напряжения, прикладываемые к регулятору напряжения в его выключенном состоянии на интервале паузы, а также большой бросок тока в конденсаторе при подключении регулятора напряжения в момент времени, когда напряжение сети равно нулю. Наличие начального напряжения на емкостном элементе на интервале паузы может приводить к увеличению напряжения на регуляторе напряжения до двойного напряжения сети. Это существенно повышает требования к классу применяемых полупроводниковых элементов регулятора напряжения. Большие броски тока в момент подключения регулятора напряжения к емкостному элементу также негативно сказываются на работе регулятора напряжения, снижая надежность работы устройства в целом.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение влияния остаточного напряжения на емкостном элементе на регулятор напряжения и снижение бросков тока на интервалах времени изменения уровней реактивной мощности статического компенсатора реактивной мощности.

Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности работы статического компенсатора реактивной мощности ввиду снижения требований к рабочим напряжениям и допустимым броскам тока регулятора напряжения.

Предметом изобретения является способ управления мощностью статического компенсатора реактивной мощности, состоящего из последовательного соединения емкостного элемента и регулятора напряжения, работающего в сети синусоидального напряжения, использующий задание величины генерируемой статическим компенсатором реактивной мощности, измерение напряжения на входных зажимах статического компенсатора реактивной мощности, вычисление требуемого значения напряжения, прикладываемого к емкостному элементу, соответствующего заданной величине реактивной мощности, задание управляющего воздействия на регулятор напряжения, обеспечивающий формирование и изменение напряжения на емкостном элементе в фиксированные моменты времени, по отношению к синусоидальному напряжению сети, при котором последовательно с емкостным элементом включают реактор, а параллельно ветви, состоящей из емкостного элемента и реактора, подключают управляемый ключ, при этом, в установившемся режиме работы статического компенсатора реактивной мощности, управляемый ключ поддерживают в разомкнутом состоянии, а при изменении реактивной мощности, снимают управление с регулятора напряжения, замыкают управляемый ключ и, по завершению протекания тока через него, размыкают его вновь, после чего задают новое управляющее воздействие на регулятор напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ управления статическим компенсатором реактивной мощности, на фиг. 2 приведен пример реализации схемы статического компенсатора реактивной мощности, а фиг. 3 поясняет электромагнитные процессы в схеме статического компенсатора реактивной мощности.

Структурная схема статического компенсатора реактивной мощности фиг. 1 состоит из регулятора напряжения 1, входной зажим которого подключен к одному полюсу сети 2, а выходной зажим подключен через последовательное соединение реактора 3 и емкостного элемента 4 к другому полюсу сети 2. Параллельно реактору 3 и емкостному элементу 4 установлен ключ 5. Система управления 6 осуществляет управление регулятором напряжения 1 и управляемым ключом 5 в зависимости от данных, получаемых от датчика напряжения 7.

На фиг. 2 приведен пример реализации однофазной схемы статического компенсатора реактивной мощности. Регулятор напряжения 1 на фиг. 2 состоит из трансформатора, у которого первичная обмотка 8 подключена к сети 2, а вторичная обмотка выполнена из изолированных секций 9, 10, 11. Коммутатор содержит две параллельные ветви, каждая из которых содержит последовательно соединенные ключи 12, 13, 14, 15 и 16, 17, 18, 19 соответственно. При этом, одни из свободных зажимов ключей 12 и 16, расположенных на параллельных ветвях коммутатора, объединены вместе, образуя первый входной зажим коммутатора. Свободные зажимы ключей 15 и 19, расположенных на параллельных ветвях коммутатора, соединены вместе, образуя второй входной зажим коммутатора. Входные зажимы коммутатора являются выходными зажимами регулятора напряжения 1 и включены последовательно с сетью и последовательным соединением реактора 3 и емкостного элемента 4. Параллельно последовательному соединению реактора 3 и емкостного элемента 4 включен управляемый ключ 5. Начала каждой из изолированных секций 9, 10, 11 трансформатора подключены к общим точкам соединения ключей 12 и 13, 13 и 14, 14 и 15 одной ветви коммутатора, в то время, как концы секций вторичной обмотки подключены между общими точками соединения ключей 16 и 17, 17 и 18, 18 и 19 другой ветви коммутатора. Ключи 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 могут представлять собой сборку из встречно-параллельно включенных тиристоров, так же, как и управляемый ключ 5, подключенный параллельно реактору 3 и емкостному элементу 4, соединенных между собой последовательно. Управление мощностью статического компенсатора реактивной мощности фиг. 2 осуществляется посредством подачи системой управления 6 управляющего воздействия на ключи 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 регулятора напряжения 1 в зависимости от получаемой от датчика напряжения 7 информации, а также подачей импульса управления на управляемый ключ 5.

Заявляемый способ работает следующим образом. При изменении уровня реактивной мощности статического компенсатора реактивной мощности, снимают управляющее воздействие, формируемое системой управления 6, с регулятора напряжения 1. После перевода регулятора напряжения 1 в выключенное состояние, система управления 6 подает управляющее воздействие на управляемый ключ 5. В этот момент времени на емкостном элементе 4 имеется остаточное напряжение, величина которого определяется мгновенным значением напряжения на емкостном элементе в момент отключения регулятора напряжения 1. При отпирании управляемого ключа 5 образуется затухающий колебательный контур между реактором 3 и емкостным элементом 4. Таким образом, с одной стороны, регулятор напряжения подключается через включенный управляемый ключ 5 к сети 2, а, с другой стороны, происходит сброс остаточной энергии в емкостном элементе 4 по контуру: емкостной элемент 4, реактор 3 и включенный ключ 5. После спада тока к нулю в этом контуре, напряжение на емкостном элементе будет равно 0 и управляемый ключ 5 размыкают. После полного разряда емкостного элемента 4, система управления 6 производит мониторинг нуля мгновенного значения напряжения сети 2 посредством датчика напряжения 7. В момент фиксации нулевого мгновенного значения напряжения сети 2, система управления 6 формирует новое управляющее воздействие на регулятор напряжения 1 в соответствии с заданной величиной реактивной мощности статического компенсатора. При этом, величина реактивной мощности определяется системой управления 6 на основании показаний с датчика напряжения 7.

На фиг. 3 поясняются электромагнитные процессы во время управления статическим компенсатором мощности фиг. 2. Рисунок А представляет собой эквивалентную схему замещения фиг. 2 во время управления мощностью статического компенсатора. При этом регулятор напряжения 1 (фиг. 1) отображен встречно-параллельно включенными тиристорами T₁, Т₂, а управляемый ключ 5 (фиг. 1) встречно-параллельно включенными тиристорами Т₃, Т₄. Рисунок Б демонстрирует диаграммы работы схемы рисунка А в момент переключения. При переключении уровня мощности статического компенсатора системой управления 6 в момент времени t₁ снимается управляющее воздействие с тиристоров T₁, Т₂. В момент времени t₂ подают импульс на включение тиристоров Т₃, Т₄. В этот момент времени на емкостном элементе 4 имеется напряжение U_x от отрицательной полуволны напряжения сети 2, как показано на диаграмме рисунка Б. В момент времени t₂ к проводящему к тиристору T₁ прикладывается отрицательное напряжение, и он запирается под действием напряжения сети. На интервале времени t₂ - t₃ тиристоры Т₃, Т₄ поддерживаются включенными, что обеспечивает колебательный затухающий процесс сброса накопленной энергии в емкостном элементе 4 с помощью реактора 3 во внутренний резистор емкостного элемента 4 и на активном сопротивлении контура состоящего из: емкостного элемента 4, реактора 3 и тиристоров Т₃, Т₄. В течение всего времени колебательного процесса к запертым ключам T₁ и Т₂ регулятора напряжения 1 прикладывается мгновенное значение напряжения сети 2, исключая тем самым влияние остаточного напряжения U_x на емкостном элементе 4, на напряжение, прикладываемое к регулятору напряжения 1, на интервале паузы (t₂ - t₃). В момент t₃ колебательный процесс завершается ввиду полного разряда емкостного элемента 4, система управления 6 снимает управляющее воздействие с тиристоров Т₃, Т₄, и они запираются. Далее система управления 6 осуществляет отслеживание нулевого мгновенного значения напряжения сети 2 с помощью датчика напряжения 7. В момент t₄ фиксируется ноль напряжения сети 2, системой управления 6 подается новое управляющее воздействие на тиристоры T₁, Т₂ регулятора напряжения 1. Ввиду отсутствия напряжения на емкостном элементе 4, а также включении регулятора напряжения 1 при нулевом мгновенном значении напряжения сети 2, управление мощностью статического компенсатора происходит без бросков тока и перенапряжений.

Наличие реактора 3, включенного последовательно с емкостным элементом 4, позволяет устранить скачки тока в нем при регулировании уровней реактивной мощности статического компенсатора мощности.

Таким образом, осуществление совокупности признаков заявляемого способа управления обеспечивает повышение надежности работы статического компенсатора реактивной мощности ввиду снижения требований к рабочим напряжениям и допустимым броскам тока регулятора напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в электрических сетях в устройствах поперечной компенсации для управления реактивной мощностью в линии электропередачи (ЛЭП). Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности работы статического компенсатора реактивной мощности ввиду снижения требований к рабочим напряжениям и допустимым броскам тока регулятора напряжения. Способ управления мощностью статического компенсатора реактивной мощности, состоящего из последовательного соединения емкостного элемента и регулятора напряжения, работающего в сети синусоидального напряжения, использует задание величины генерируемой статическим компенсатором реактивной мощности, измерение напряжения на входных зажимах статического компенсатора реактивной мощности, вычисление требуемого значения напряжения, прикладываемого к емкостному элементу, соответствующего заданной величине реактивной мощности, задание управляющего воздействия на регулятор напряжения, обеспечивающий формирование и изменение напряжения на емкостном элементе в фиксированные моменты времени, по отношению к синусоидальному напряжению сети. При этом последовательно с емкостным элементом включают реактор, а параллельно ветви, состоящей из емкостного элемента и реактора, подключают управляемый ключ. В установившемся режиме работы статического компенсатора реактивной мощности управляемый ключ поддерживают в разомкнутом состоянии, а при изменении реактивной мощности снимают управление с регулятора напряжения, замыкают управляемый ключ и, по завершении протекания тока через него, размыкают его вновь, после чего задают новое управляющее воздействие на регулятор напряжения. 3 ил.

Способ управления мощностью статического компенсатора реактивной мощности, состоящего из последовательного соединения емкостного элемента и регулятора напряжения, работающего в сети синусоидального напряжения, использующий задание величины генерируемой статическим компенсатором реактивной мощности, измерение напряжения на входных зажимах статического компенсатора реактивной мощности, вычисление требуемого значения напряжения, прикладываемого к емкостному элементу, соответствующего заданной величине реактивной мощности, задание управляющего воздействия на регулятор напряжения, обеспечивающий формирование и изменение напряжения на емкостном элементе в фиксированные моменты времени, по отношению к синусоидальному напряжению сети, отличающийся тем, что последовательно с емкостным элементом включают реактор, а параллельно ветви, состоящей из емкостного элемента и реактора, подключают управляемый ключ, при этом, в установившемся режиме работы статического компенсатора реактивной мощности, управляемый ключ поддерживают в разомкнутом состоянии, а при изменении реактивной мощности снимают управление с регулятора напряжения, замыкают управляемый ключ и, по завершении протекания тока через него, размыкают его вновь, после чего задают новое управляющее воздействие на регулятор напряжения.