ВОЛЬТОДОБАВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО С НЕЗАВИСИМЫМ ТРЕХКАНАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ И БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ ПОДКЛЮЧЕНИЕМ Российский патент 2025 года по МПК H02M5/458 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий, для социальных нужд и автономных систем электроснабжения, для стабилизации и регулирования напряжения на линиях электропередачи, управления пропускной способностью и регулированием активной и реактивной мощностью.

Известно универсальное модульное вольтодобавочное устройство для распределительных сетей среднего напряжения [1], содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор, первичные обмотки которого подключены к клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа устройства, вторичные обмотки выполнены в виде гальванически развязанных секций со свободными выводами, первичные обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора соединены по схеме «треугольник», все гальванически развязанные секции вторичных обмоток каждой фазы выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации, причем первые выводы трехфазного коммутатора, состоящего из трех однофазных мостовых преобразователей, подключены к выходным высоковольтным зажимам со стороны выхода устройства, вторые выводы трехфазного коммутатора подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа устройства. Недостатками данного устройства является отсутствие гальванической развязки, низкое быстродействие из-за использования тиристоров и высокой стоимость тиристоров, вызванное тем, что устройство подключается последовательно в линию электропередач, тем самым, через нее проходит полный ток линии электропередач, поэтому для работы требуются дорогостоящие сильноточные элементы.

Известен регулятор вольтодобавочного переменного напряжения [2], подключенный своими первым и вторым входными зажимами к источнику питания, а первым и вторым выходными зажимами к нагрузке, содержит многообмоточный вольтодобавочный трансформатор 6 с сетевой обмоткой и первой, второй и третьей вторичными обмотками, а также ключевой преобразователь и дополнительный управляемый ключ. При этом сетевая обмотка многообмоточного вольтодобавочного трансформатора включена последовательно с дополнительным управляемым ключом между первым входным зажимом и первым выходным зажимом регулятора вольтодобавочного переменного напряжения. Недостаток этого устройства заключается в том, что изменение напряжение осуществляется ступенчато и в больших массогабаритных показателях из-за мощных трансформаторов, что применяются в схеме.

Известен стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции со звеном повышенной частоты, включенный на низкой стороне главного трансформатора подстанции [3] и содержащий выпрямитель и инвертор с синхронизированными с сетью системами управления, понижающий трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и через последовательно соединенные инвертор и выпрямитель подключенной к выводам для подключения нагрузки, к которым также подключен вход датчика напряжения, выход которого через элемент сравнения подключен к управляющему входу системы управления инвертора, выполненной с возможностью регулирования фазы напряжения вольтодобавки в сторону опережения относительно напряжения сети, отличающийся тем, что введен нулевой циклоконвертор на однооперационных тиристорах с синхронизированной сетью системой управления, вход циклоконвертора подключен к соединенной в звезду вторичной обмотке понижающего трансформатора, а его выход в рассечку звезды вторичной обмотки главного трансформатора, подключенной своими другими выводами к выводам для подключения нагрузки, при этом управляющие входы систем управления выпрямителем, инвертором и циклоконвертором объединены, система управления инвертором выполнена с возможностью повышения частоты выходного напряжения инвертора кратно числу фаз по отношению к частоте сети, а система управления циклоконвертором выполнена с возможностью одновременного с системой управления инвертором опережающего регулирования фазы напряжения вольтодобавки. Недостатками устройства является применение большого числа преобразований на тиристорах, что уменьшает быстроту коммутации и качество работы схемы, а также включение предлагаемого устройства на высокой стороне усложняет выпрямитель, инвертор, фильтр и узлы их защиты, а на низкой - не улучшает энергетические показатели главного трансформатора подстанции, работающего в условиях нестабильной сети и изменяющейся нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является трехфазное вольтодобавочное устройство с высокочастотной гальванической развязкой, в состав которого входит входной трехфазный выпрямитель, выходной трехфазный инвертор, выходные вольтодобавочные трансформаторы, входной и выходной пассивные фильтры, которое отличается тем, что для регулирования напряжения постоянного тока между трехфазным выпрямителем и трехфазным инвертором установлен двойной активный мост с высокочастотной гальванической развязкой, позволяющий менять уровень выпрямленного напряжения, тем самым повышая качество вольтодобавочного напряжения и обеспечивающего дополнительную надежность за счет гальванической развязки. Недостатком данного изобретения является наличие вольтодобавочных выходных трансформаторов и невозможность регулировать вольтодобавочного напряжение в каждой фазе отдельно друг от друга [4].

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов вольтодобавочного устройства и повышение качества работы устройства за счет независимой работы каждой фазы и отказа от вольтодобавочных трансформаторов.

Технический результат, достигаемый за счет независимой работы каждой фазы и отказа от вольтодобавочных трансформаторов, заключается в повышении качества работы вольтодобавочного устройства при значительном снижение объема и веса устройства.

Техническая задача решается предлагаемым вольтодобавочным устройством с независимым трехканальным выходом и бестрансформаторным подключением, содержащее входной трехфазный выпрямитель, двойной активный мост, сглаживающие конденсаторы, выходные пассивные фильтры и инвертор, которое отличается тем, что для регулирования выходного напряжения для каждой фазы имеются три инвертора с ШИМ-модуляцией и три независимых двойных активных мостов с общим высокочастотным инвертором, управление выходным постоянным напряжение осуществляется с помощью блочной модуляции путем смещения управляющего меандра выпрямителя относительно управляющего меандра инвертора.

Высокочастотный трансформатор меньше по масса-габаритным показателям, чем классические вольтодобавочные устройства с трансформаторами, работающие на промышленной частоте, за счет того, что высокочастотный трансформатор в несколько раз меньше трансформатора аналогичной мощности, работающего на промышленной частоте. В качестве управляемых ключей может быть использовано IGBT-транзисторы или MOSFET-транзисторы.

На фиг.1 изображена функциональная схема вольтодобавочного устройства с независимым трехканальным выходом и бестрансформаторным подключением.

Вольтодобавочное устройство с независимым трехканальным выходом и бестрансформаторным подключением состоит из входного трехфазного выпрямителя 1, двойного активного моста, состоящего из инвертора 2, трех высокочастотных трансформаторов 3-5 и трех управляемых мостовых выпрямителя 6-8, выходных однофазных инверторов 9-11, сглаживающего конденсатора 12 на первой вставке постоянного тока, сглаживающих конденсаторов 13-15 на второй вставке постоянного тока, выходных 16-18 пассивных фильтров.

Работает Вольтодобавочное устройство с независимым трехканальным выходом и бестрансформаторным подключением следующим образом.

Трехфазное напряжение поступает из сети на неуправляемый трехфазный выпрямитель 1. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором 12 и подается на однофазный мостовой инвертор 2, который преобразует постоянного напряжения конвертирует в меандр высокой частоты. Полученное напряжение подается на высокочастотные трансформаторы 3-5, которые осуществляют преобразования в другой уровень напряжения для каждой фазы в отдельности. Полученные напряжения с помощью управляемых выпрямителей 6-8 выпрямляются в необходимые уровни постоянного напряжения с использованием блочной модуляции, где путем смещения управляющего меандра выпрямителя относительно управляющего меандра инвертора меняется выходное напряжение постоянного тока. Полученные напряжения сглаживаются конденсаторами 13-15 и подаются на однофазные автономные инверторы 9-11, выходные зажимы которых последовательно подключены в сеть через выходные пассивные фильтры 16-18, предназначенные для сглаживания напряжения после широтно-импульсной модуляции. Вольтодобавочное устройство позволяет повышать напряжения в конечных зонах протяженных трехфазных линий электропередачи с достаточно большой энергетической нагруженностью, компенсировать реактивную мощность и уменьшать коэффициент несимметрии и несинусоидальности.

Аппаратная реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств, при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.

Литература

1. Патент Российской Федерации на изобретение RU 2710886 С2 МПК Н03Н 7/18 / Асабин А.А., Соснина Е.Н., Кралин А.А., Крюков Е.В. (RU). Заяв.: 20.06.2018; Опубл.: 14.01.2020.

2. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 2671829 С1 кл. G05F 1/26 Н02М 5/00 / Панфилов Д.И., Асташев М.Г., Рашитов П.А., Петров М.И., Рожков А.Н., Печейкина М.A. (RU). Заяв.: 27.12.2017 Опубл.: 11.07.2018

3. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 2155366 С2 кл. G05F 1/26 G05F 1/30 Н02М 5/257 / Климаш B.C. Круговой Р.Н. (RU). Заяв.: 06.01.1998 Опубл.: 27.08.2000

4. Патент Российской Федерации на изобретение RU 2772983 МПК Н02М 5/451 (2006.01). Трехфазное вольтодобавочное устройство с высокочастотной гальванической развязкой / Авдеев Б.А., Вынгра А.В. - N 2021128492; заявл. 27.09.2021; опубл. 30.05.2022; Бюл. №16.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий, для социальных нужд и автономных систем электроснабжения, для стабилизации и регулирования напряжения на линиях электропередачи, управления пропускной способностью и регулированием активной и реактивной мощностью. Вольтодобавочное устройство с независимым трехканальным выходом и бестрансформаторным подключением содержит входной трехфазный выпрямитель, двойной активный мост, сглаживающие конденсаторы, выходные пассивные фильтры и инвертор, которое отличается тем, что для регулирования выходного напряжения для каждой фазы имеются три инвертора с ШИМ-модуляцией и три независимых двойных активных моста с общим высокочастотным инвертором, а управление выходным постоянным напряжением осуществляется с помощью блочной модуляции путем смещения управляющего меандра выпрямителя относительно управляющего меандра инвертора. Технический результат, достигаемый за счет независимой работы каждой фазы и отказа от вольтодобавочных трансформаторов, заключается в повышении качества работы вольтодобавочного устройства при значительном снижении объема и веса устройства. 1 ил.

Вольтодобавочное устройство с независимым трехканальным выходом и бестрансформаторным подключением содержит входной трехфазный выпрямитель, выход которого подключен к входу двойного активного моста, сглаживающие конденсаторы на вставках постоянного тока двойного активного моста и выходной инвертор, выходные зажимы которого последовательно подключены в сеть через выходные пассивные фильтры, отличающееся тем, что двойной активный мост состоит из инвертора, вход которого является входом двойного активного моста, трех высокочастотных трансформаторов и трех управляемых мостовых выпрямителей, при этом первичные обмотки каждого из трех высокочастотных трансформаторов подключены к выходу инвертора, вторичные обмотки каждого из высокочастотных трансформаторов подключены к входу соответствующего управляемого мостового выпрямителя, выходной инвертор содержит три однофазных инвертора, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего управляемого выпрямителя, управление выходным постоянным напряжением каждого из которых осуществляется с помощью блочной модуляции путем смещения управляющего меандра соответствующего управляемого выпрямителя относительно управляющего меандра двойного активного моста.