Тиристорное вольтодобавочное устройство продольного регулирования напряжения Российский патент 2024 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 на полезную модель 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» и подключены к выходным клеммам трехфазного тиристорного коммутатора, а вторичные обмотки 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 тиристорного коммутатора. Плавное регулирование напряжения первичных обмоток сериесного трансформатора реализуется путем применения импульсно – фазового способа управления тиристорами трехфазного коммутатора. Пропорционально напряжению первичных обмоток меняется и добавочное напряжение, вносимое вторичными обмотками сериесного трансформатора в высоковольтную линию электропередачи.

Недостаток данного фазоповоротного устройства заключается в том, что продольное вольтодобавочное напряжение для каждой фазы формируется путем геометрического суммирования напряжений регулировочных секций двух соседних фаз шунтового трансформатора, соединенных последовательно. Необходимость геометрического суммирования напряжений приводит к увеличению количества тиристорных коммутаторов и повышению расчетной мощности регулировочных секций шунтового трансформатора, используемых в модуле продольного регулирования.

Другим недостатком ПФУ является то, что в процессе плавного регулирования в выходных фазных напряжениях трехфазного тиристорного коммутатора содержатся высшие нечетные гармонические составляющие. Причем третьи и кратные им гармонические составляющие образуют систему напряжений нулевой последовательности. Указанные напряжения приложены к первичным обмоткам сериесных трансформаторов, соединенным по способу «звезда», и вторичными обмотками вносятся в высоковольтную линию.

Решаемая задача - стабилизация напряжения в электрических сетях 6-20 кВ.

Технический результат – уменьшение количества тиристорных коммутаторов модулей продольного регулирования, улучшение гармонического состава напряжения вносимого в высоковольтную линию, уменьшение расчетной мощности трансформаторного оборудования.

Технический результат достигается тем, что в тиристорное устройство продольного регулирования напряжения для распределительных сетей, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого включены в рассечку высоковольтной линии электропередачи, шунтовый трансформатор, первичные обмотки которого соединены по способу «треугольник», высоковольтные выводы которого подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ТРВДУ, вторичные обмотки шунтового трансформатора выполнены в виде гальванически развязанных секций, подключенных к соответствующим входным клеммам трехфазного коммутатора, каждая фаза которого выполнена в виде однофазного тиристорного мостового преобразователя с двунаправленными ключами в каждом плече, при этом линейные выводы трехфазного коммутатора подключены к клеммам первичных обмоток трехфазного сериесного трансформатора, вторые выводы трехфазного коммутатора объединены в нейтраль, обеспечивая его соединение по способу «звезда».

В ТРВДУ для получения продольных вольтодобавочных напряжений используются геометрические разности напряжений регулировочных секций двух соседних фаз шунтового трансформатора. Это достигается путем подключения первичных обмоток сериесного трансформатора к линейным выходным напряжениям трехфазного тиристорного коммутатора, соединенного по схеме «звезда».

Для реализации схемного решения не требуется последовательное соединение двух регулировочных секций разных фаз шунтового трансформатора. Тиристорные коммутаторы модулей продольного регулирования каждой фазы выполнены по мостовой схеме. В диагональ каждого моста включена одна регулировочная секция шунтового трансформатора. Такое исполнение модуля продольного регулирования позволяет сократить в два раза количество тиристорных коммутаторов и регулировочных секций шунтового трансформатора.

В процессе плавного регулирования в линейных напряжениях трехфазного тиристорного коммутатора, соединенного по схеме «звезда», третьи и кратные им гармонические составляющие отсутствуют, поскольку при вычитании фазных напряжений составляющие нулевой последовательности разных фаз компенсируют друг друга. Таким образом, улучшается гармонический состав вносимого в линию вольтодобавочного напряжения.

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

Предлагаемое тиристорное вольтодобавочное устройство продольного регулирования напряжения (ТРВДУ) содержит трехфазный сериесный трансформатор 1, вторичные обмотки которого 2, 3, 4 подключены к клеммам 5 рассечки фазы А, 6 рассечки фазы B, 7 рассечки фазы С трехфазной высоковольтной линии электропередачи 8 со стороны входа ТРВДУ и к клеммам 9 рассечки фазы А, 10 рассечки фазы B, 11 рассечки фазы С трехфазной высоковольтной линии электропередачи со стороны выхода ТРВДУ; шунтовый трансформатор 12, первичные обмотки 13, 14, 15 которого соединены по способу «треугольник» и подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи 5 фазы А, 6 фазы В и 7 фазы С со стороны входа ТРВДУ; вторичные обмотки шунтового трансформатора выполнены в виде гальванически развязанных секций 16-18, подключенных к соответствующим входным клеммам 19-24 трехфазного коммутатора, каждая фаза которого выполнена в виде однофазного тиристорного мостового преобразователя с двунаправленными ключами 25-36 в каждом плече, при этом линейные выводы 37-39 трехфазного коммутатора подключены к клеммам 40-42 первичных обмоток сериесного трансформатора 1, вторые выводы 43-45 трехфазного коммутатора объединены в нейтраль, обеспечивая его соединение по способу «звезда».

ТРВДУ работает следующим образом. В зависимости от состояния тиристорных коммутаторов есть три основных режима работы.

При включенных коммутаторах 27, 28, 31, 32, 35, 36 вторичные обмотки 16-18 шунтового трансформатора, 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. В этом случае реализуется режим прямой передачи напряжения.

Режим повышения выходного напряжения ТРВДУ получается при включенных коммутаторах 26, 27, 30, 31, 34, 35 и выключенных 25, 28, 29, 32, 33, 36. При этом в цепи питания первичных обмоток сериесного трансформатора вводится геометрическая разность напряжений, описываемая выражениями: uc3=ubc2=ub2- uc2; ua3=uca2= uc2- ua2; ub3=uab2= ua2- ub2.

Следует отметить, что напряжения вторичных обмоток шунтового трансформатора фазы A ua2 совпадает по фазе с линейным напряжением U_AB, напряжение фазы B ub2 совпадает по фазе c U_BC, напряжение фазы С uс2 совпадает по фазе c U_CA. Соответственно в рассечку линий ТРВДУ вводятся напряжения вторичных обмоток сериесного трансформатора, которые с учетом его коэффициента трансформации k, описываются выражениями ∆u_C=k·ubc2, ∆u_B= k·uab2, ∆u_A= k·uca2. Векторная диаграмма напряжений для данного режима показана на фиг. 2.

Можно показать, что режим понижения выходного напряжения ТРВДУ получается при включении тиристорных коммутаторов 25, 28, 29, 32, 33, 36 и отключении 26, 27, 30, 31, 34, 35. При этом в рассечку линий ТРВДУ вводятся напряжения вторичных обмоток сериесного трансформатора, которые с учетом его коэффициента трансформации k, описываются выражениями ∆u_C=-k·ubc2, ∆u_B=-k·uab2, ∆u_A=-k·uca2. Векторная диаграмма напряжений для данного режима представлена на фиг. 3.

Использование импульсно – фазового способа управления тиристорами при переводе ТРВДУ из режима прямой передачи в режимы повышения и понижения напряжения позволяет плавно изменять выходное напряжение во всем диапазоне регулирования.

Изобретение относится к высоковольтным электротехническим комплексам для управляемых линий электропередач. Технический результат - уменьшение расчетной мощности трансформаторного оборудования и стабилизация напряжения в электрических сетях. Такой результат обеспечивается за счет выполнения тиристорных коммутаторов модулей продольного регулирования каждой фазы по мостовой схеме, при этом в диагональ каждого моста включена одна регулировочная секция шунтового трансформатора, что позволяет сократить в два раза количество тиристорных коммутаторов и регулировочных секций шунтового трансформатора. Также при соединении трехфазного тиристорного коммутатора по схеме «звезда», третьи и кратные им гармонические составляющие отсутствуют, поскольку при вычитании фазных напряжений составляющие нулевой последовательности разных фаз компенсируют друг друга. 3 ил.

Тиристорное вольтодобавочное устройство продольного регулирования напряжения (ТРВДУ) для распределительных сетей, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого включены в рассечку высоковольтной линии электропередачи, шунтовый трансформатор, первичные обмотки которого соединены по способу «треугольник», высоковольтные выводы которого подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ТРВДУ, вторичные обмотки шунтового трансформатора выполнены в виде гальванически развязанных секций, подключенных к соответствующим входным клеммам трехфазного коммутатора, каждая фаза которого выполнена в виде однофазного тиристорного мостового преобразователя с двунаправленными ключами в каждом плече, при этом линейные выводы трехфазного коммутатора подключены к клеммам первичных обмоток трехфазного сериесного трансформатора, вторые выводы трехфазного коммутатора объединены в нейтраль, обеспечивая его соединение по способу «звезда».