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 [патент RU 2641643], 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 [патент RU №2354025], 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 [А.С. №1651340, опубл. 23.05.1991 г., бюл. №19], 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 [патент RU № 2669770], 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 аналога, 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 аналогу 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.
Известен способ регулирования компенсатора реактивной мощности для нагрузки [патент RU № 2802915] принятый за прототип, 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, предварительно задают значение модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке UN, определяют величины активного R, реактивного Х 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: 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 - 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.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение заданной величины напряжения в узле нагрузки подключенной отпайкой к линии электропередачи с двухсторонним питанием 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 подключенной отпайкой к линии электропередачи с двухсторонним питанием за счет компенсирующих токов компенсатора реактивной мощности.
Технический результат достигается тем, что в способе регулирования компенсатора реактивной мощности для нагрузки, подключенной отпайкой к линии электропередачи с двухсторонним питанием, в котором предварительно задают величину модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке UN, определяют величины активного и реактивного сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи, измеряют величину напряжения прямой последовательности источников питания, измеряют в проводах комплексные величины фазных токов нагрузки относительно фазных напряжений за текущее полпериода основной частоты, формируют величину тока прямой последовательности нагрузки, формируют по формуле величину реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности, по величине которого определяют величины фазных токов компенсатора, по которым формируют синусоидальные мгновенные токи, которые подают в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно соответственно трем фазам нагрузки, согласно изобретению предварительно определяют величины активного R1, реактивного Х1 сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи от одного источника питания до отпайки, величины активного R2, реактивного Х2 сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи от второго источника питания до отпайки, формируют комплексные величины напряжений прямой последовательности одного и второго источников питания U1а+jU1r и U2а+jU2r , формируют величины активной Ia и реактивной Ir составляющих тока прямой последовательности нагрузки, формируют величины параметров эквивалентной схемы замещения: активного сопротивления Rэ, индуктивного сопротивления Xэ, активной Uэа, и реактивной составляющей Uэr эквивалентного источника питания, которые формируют по выражениям:
Rэ+jXэ = (R1+jX1)*(R2+jX2)/[(R1+jX1) + (R2+jX2)],
Uэа+jUэr = [(U1а+jU1r) * (R2+jX2) + (U2а+jU2r) * (R1+jX1)] / [(R1+jX1) + (R2+jX2)],
формируют значение реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности I1КУ по выражению:
,
где: A = (Rэ2 + Xэ2);
AA = (Uэа - Ia * Rэ + Ir * Xэ);
ВВ = (Uэr - Ia * Xэ - Ir * Rэ);
В = 2 * АА * Хэ - 2 * ВВ * Rэ
С = АА2 + ВВ2 - UN2,
где: Ia, Ir - величины активной и реактивной составляющих тока прямой последовательности нагрузки, А;
Rэ, Xэ - величины активного и индуктивного сопротивления эквивалентной схемы замещения, Ом;
Uэа, Uэr - величины активной, и реактивной составляющей напряжения эквивалентного источника питания, В.
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 двух источников питания отпайкой от линии электропередачи с измерением токов, их обработкой и формированием регулируемых источников тока;
на фиг.2 представлена схема регулируемого источника тока;
на фиг.3 представлена эквивалентная схема замещения прямой последовательности сети.
На фиг.1 показаны шины источников питания 1 и 2. К шинам подключена питающая линия электропередачи 3, к фазным проводам 4, 5, 6 которой подключена отпайкой нагрузка 7. Токи в фазных проводах 4, 5, 6 измеряют трансформаторами тока (ТТ) 8. Фазные напряжения на источниках питания 1 и 2 измеряют трансформаторами напряжения (ТН) 9 и 10. Измерения от трансформаторов тока 8 и трансформаторов напряжения 9, 10 подают в измерительный модуль 11. Далее цифровые значения из блока 11 передают в расчетный модуль 12. Рассчитанные значения передают далее в формирователи импульсов 13, 14 и 15, управляющие сигналы от которых передают в источники токов 16, 17 и 18.
На фиг.2 показана схема регулируемого источника тока 16 компенсатора реактивной мощности, включенного между фазами. Сигнал от расчетного модуля 12 подают в формирователь импульсов 13. В формирователе импульсов 13 создают управляющие сигналы, которые подают на биполярные транзисторы 19 источника тока 16. Транзисторы 19 мгновенно реагируют на управляющие сигналы и, используя энергию конденсаторной батареи 20 или реактора 21, создают компенсирующий ток источника тока. Другие источники тока 17, 18 выполняют аналогично.
На фиг. 3 показана схема замещения прямой последовательности схемы с фиг.1, где показан источники питания 1 и 2, линия электропередачи 3, нагрузка 6, компенсатор, состоящий из источников тока 16, 17, 18.
Для реализации способа в соответствие с прототипом измеряют токи
в проводах 4, 5 и 6, потребляемые нагрузкой 7, с помощью ТТ 8, и фазные напряжения источников питания
, 
с помощью ТН 9 и 10. Подают измеренные значения токов в измерительный блок 11, где формируют цифровые значения измеренных величин, которые передают в расчетный модуль 12, где определяют значение тока прямой последовательности нагрузки 
по известному (Атабеков Г.И. Основы теории цепей, Уч.для ВУЗов, М. Энергия, 1969, с. 153) выражению:
Цифровые значения напряжений источников питания 
, 
передают средствами, например, телемеханики, в расчетный модуль 12, где формируют значения напряжений прямой 
последовательности источников питания 
и 
по известному выражению:
Предварительно в расчетном модуле 12 формируют величины активного R1, реактивного Х1 сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи от одного источника питания до отпайки, величины активного R2, реактивного Х2 сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи от второго источника питания до отпайки, формируют комплексные значения напряжений прямой последовательности одного 
и второго 
источников питания как U1а+jU1r и U2а+jU2r , формируют величины активной Ia и реактивной Ir составляющих тока прямой последовательности нагрузки, формируют эквивалентную схему замещения, величины параметры Rэ, Xэ, Uэа, Uэr которой формируют по выражениям:
Rэ+jXэ = (R1+jX1)*(R2+jX2)/[(R1+jX1) + (R2+jX2)],
Uэа+jUэr = [(U1а+jU1r) * (R2+jX2) + (U2а+jU2r) * (R1+jX1)] / [(R1+jX1) + (R2+jX2)],
формируют величину реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности I1КУ по выражению:
,
где: A = (Rэ2 + Xэ2)
AA = (Uэа - Ia * Rэ + Ir * Xэ)
ВВ = (Uэr - Ia * Xэ - Ir * Rэ)
В = 2 * АА * Хэ - 2 * ВВ * Rэ
С = АА2 + ВВ2 - UN2,
где:
Rэ, Хэ - величины активного и реактивного сопротивлений эквивалентной линии, Ом;
Uэа, Uэr - величины активной и реактивной составляющих напряжений прямой последовательности эквивалентного источника питания, В;
UN - заданное значение модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке, В;
Ia, Ir - величины активной и реактивной составляющих тока прямой последовательности нагрузки, А.
По величине тока I1КУ формируют синусоидальные мгновенные токи iab, ibc, ica с помощью формирователей импульсов 13, 14, 15 и источников тока 16, 17, 18, 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 16, 17, 18, включая ключами 22, 23 по необходимости конденсатор 20 или реактор 21 в зависимости от значения I1КУ 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 20, 21 источников тока 16, 17, 18.
Для схемы электроснабжения нагрузки на переменном токе от трехфазной сети были проведены серии расчетов.
Пример расчета для схемы на фиг. 3:
R1=10 Ом, X1=20 Ом, U1а=11000 В, U1r=100 В
R2= 5 Ом, X2=10 Ом, U2а=10000 В, U2r= -200 В
Ia=300 А, Ir= -80 А (индуктивный), |UN|=10500 В.
Т.е. напряжение на нагрузке должно быть по модулю 10500 B.
Получаем: Rэ = 3,33 Ом, Хэ=6,67 Ом, Uэа = 10333,3 В, Uэr = -100 B.
A=55,56, AA=9666,67, BB=-600, B=1,3289*105, C=-1,6446*107,
IКУ=117.94 A (емкостной).
Проверяем:
UNa + jUNr = Uэа+jUэr - (Ia - jIr + jIКУ) * (Rэ + jXэ) = 10452,93 - j993.13 В.
|UN| = 10500 В.
Проведены также расчеты для других значений токов нагрузки и напряжений источников питания. 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 для регулирования напряжения в нагрузке, подключенной отпайкой к линии электропередачи с двухсторонним питанием. Технический результат – автоматическое поддержание заданной величины напряжения в узле нагрузки. Для чего измеряют токи в проводах, потребляемые нагрузкой и фазные напряжения источников питания. Формируют значение тока прямой последовательности нагрузки и значение напряжения прямой последовательности источников питания. Определяют величины активного и реактивного сопротивлений прямой последовательности линии от одного и второго источника питания до отпайки, определяют величины активной и реактивной составляющих тока прямой последовательности нагрузки из комплексного тока нагрузки. Формируют эквивалентную схему замещения одностороннего питания нагрузки и определяют величину реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности. По полученному значению тока формируются синусоидальные мгновенные фазные токи, которые подаются в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно нагрузке. При этом сформированные токи могут носить как емкостной, так и индуктивный характер, что следует учесть в схеме регулируемых источников тока, включая ключами по необходимости конденсатор или реактор в зависимости от значения тока компенсатора при формировании синусоидальных мгновенных значений фазных токов. 3 ил.
Способ регулирования компенсатора реактивной мощности для нагрузки, подключенной отпайкой к линии электропередачи с двухсторонним питанием, в котором предварительно задают величину модуля напряжения прямой последовательности на нагрузке UN, определяют величины активного и реактивного сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи, измеряют величину напряжения прямой последовательности источников питания, измеряют в проводах комплексные величины фазных токов нагрузки относительно фазных напряжений за текущее полпериода основной частоты, формируют величину тока прямой последовательности нагрузки, формируют по формуле величину реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности, по величине которого определяют величины фазных токов компенсатора, по которым формируют синусоидальные мгновенные токи, которые подают в следующий период основной частоты в рассечку проводов, включенных параллельно соответственно трем фазам нагрузки, отличающийся тем, что предварительно определяют величины активного R1, реактивного Х1 сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи от одного источника питания до отпайки, величины активного R2, реактивного Х2 сопротивлений прямой последовательности линии электропередачи от второго источника питания до отпайки, формируют комплексные величины напряжений прямой последовательности одного и второго источников питания U1а+jU1r и U2а+jU2r, формируют величины активной Ia и реактивной Ir составляющих тока прямой последовательности нагрузки, формируют величины параметров эквивалентной схемы замещения: активного сопротивления Rэ, индуктивного сопротивления Xэ, активной Uэа и реактивной составляющих Uэr эквивалентного источника питания, которые формируют по выражениям:
Rэ+jXэ = (R1+jX1)⋅(R2+jX2)/[(R1+jX1) + (R2+jX2)],
Uэа+jUэr = [(U1а+jU1r) ⋅ (R2+jX2) + (U2а+jU2r) ⋅ (R1+jX1)] / [(R1+jX1) + (R2+jX2)],
формируют значение реактивной составляющей тока прямой последовательности компенсатора реактивной мощности I1КУ по выражению:
,
где: A = (Rэ2 + Xэ2);
AA = (Uэа – Ia ⋅ Rэ + Ir ⋅ Xэ);
ВВ = (Uэr – Ia ⋅ Xэ – Ir ⋅ Rэ);
В = 2 ⋅ АА ⋅ Хэ – 2 ⋅ ВВ ⋅ Rэ;
С = АА2 + ВВ2 – UN2,
где: Ia, Ir - величины активной и реактивной составляющих тока прямой последовательности нагрузки, А;
Rэ, Xэ – величины активного и индуктивного сопротивлений эквивалентной схемы замещения, Ом;
Uэа, Uэr - величины активной и реактивной составляющих напряжения эквивалентного источника питания, В.
| Способ регулирования компенсатора реактивной мощности | 2022 |
|
RU2802915C1 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫМ ШУНТИРУЮЩИМ РЕАКТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2016 |
|
RU2641643C2 |
| СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК И КОРРЕКЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ СЕТИ | 2008 |
|
RU2354025C1 |
| JP 6087631 B, 02.11.1994 | |||
| US 5726504 A1, 10.03.1998 | |||
| US 7183752 B2, 27.02.2007. | |||
