Статический источник реактивной мощности (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК H02J3/18 

емые индуктивные цепи выполнены в виде реакторов с отпайками, которые через коммутирующие ключи соединены с фазами сети.

6.Источник по пп. 1-4, о т л ичающийся тем, что, с целью устранения перенапряжений на обесточейных участках реакторов с отпайками, управляемые индуктивные цепи выполнены в виле неуправляемых реакторов, подключенных через регулируемы трансформаторы или автотрансформато-i

ры.

7.Статический источник реактивной мощности, содержащий для каждой фазы сети неуправляемую цепь из последовательно соединенных неуправляемого реактора и конденсаторной бата.piSH и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети, а вторым - к общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, о т л и-ч а ю щ и И с я тем, что, с целью Уменьшения установленной мощности, повышения надежности и устранения высших гармойик, генерируемых в сеть сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,5-24,5% от сопро тивления конденсато)рной батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепь выполнена линейной, причем неуправляемые цепи соединены в звезду, к лучам которой подключены фазы питающей сети..

8.Источник по п. 7, о т л и ч аю щ и и с я тем, что в звезду соединены конденсаторные батареи неуправляемых цепей, а первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подключен к отстакяцей или опережающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с той неуправляемой цепы к которой подсоединен второй вывод данной управляемой цепи, причем подключение первых выводов управляемых индуктивных цепей осуществлено циклически.

9.Источник по п. 7, о т л и ч аю щ и и с я тем, что в звезду соединены неуправляемые реактора неуправляемых цепей, а управляемые индуктивные цепи включены параллельно конденсаторным батареям.

10.Источник по пп. 7-9, о т л а ю щ и и с я тем, что неуправляемые индуктивные цепи выполнены в виде реакторов с отпайками, которые через коммутирующие ключи соединены с фазами сети.

11.Источник по пп. 7-9, отличающийся тем, что, с целью устранения перенапряжений на обесточенных участках реакторов с отпайками, управляемые индуктивные цепи выполнены в виде неуправляемых реактров, подключенных через регулируемые трансформатора или автотрансформаторы.

12.Статический источник реактивной мощности, содержащий, для каждой фазы сети неуправляемую цепь из. последовательно соединенных неуправлямого реактора и конденсаторной батареи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети, а вторым - к общей трчке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, о т л и- ч-;а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения установле.нной мсицности, повыиэния надежности и устранения высших гармоник, генерируемых в сеть сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,5-24,5% от сопротивления конденсаторной батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цеп выполнена линейной,причем неуправляелвле цепи выводами реакторов подключен ,к фазам сети, а конденсаторные батареи соединены Между собой в электрический треугольник.

13.Источник по п. 12, о т л и чающийся тем, что первый каждой управляемой индуктивной

цепи подключен к опережа:1ааей или отстающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с данной управляемой индуктивной цепью через неуправляемый реактор, причем подключение первых выводов управляемых индуктивных цепей осуществлено циклически.

14.Источник по п. 12, отличающийся тем, что первые выводы управляемых индуктивных цепей подсоединены к нулевой фазе сети.

15.Источник по пп. 12-14, о тличающийся тем, что неупрайляемыё индуктивные цепи выполнены в виде реакторов с отпайками, которые через коммутирующие ключи соединены с фазами сети.

16.Источник по пп. 12-14, о тлича-ющийся тем, что, с целью устранения перенапряжений на обесточенных участках реакторов с отпайками, управляемые индуктивные цепи выполнены в виде неуправляемых, реакторов, подключенных через регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации реактивной мощности . и для стабилизации напряжений в ; электрических сетях.

Известные статические источники реактивной мощности ( ИРМ}.можно разделить на два класса: I - с преобразованием частоты тока в накопителе энергии (конденсаторе или дроссе ле) II- без преобразования Ю частоты тока в накопителе 5-9J.

Недоста/ком ИРМ | класса является наличие высших гармоник в кривой сетевого тока, что сдерживает их применение в сетях энергосистем.Кроме то- 15

го,для практической реализации схем i этих ИРМ требуются мощные полупроводниковые вентили с полным управлением, которые пока еще находятся в стадии разработки, вследствие чего исполь- 20 зуют неполностью управляемые вентили , а именно - тиристоры с узлами искусственной коммутации, что. ведет к. неоправданному удорожанию и.снижению устройств.25

Наибольшее применение получили источники И класса с использованием управляемых реакторов и нерегулируемых конденсаторных батарей.

Недостатками этих устройств явля- ,ются большая установленная мощность/ малая надежность, вследствие незащи щенности конденсаторной батареи от токов высших гармоник} наличие высших гармоник в 1ФИВОЙ генерируемого тока в случае регулирования мощное- 35 ти управляемых реакторов изменением напряжения на них с помощью изменения угла зажигания тиристоров.

Индуктивно-емкостные источники то.ка также могут быть источниками 40. реактивной мощности, если в них вместо нагрузки подключить управляемый реактор lO

.

В источниках тока неуправляемый j5 реактор и конденсаторная батарея

настроены в резонанс, вследствие . этого ИРМ, выполненные на базе дан-, ных источников, имеют большую установленную мощность. Кроме того, та- . .Q кие устройства имеют невысокую надежность, вследствие возникновения больших перенапряжений на конденсаторной батарее и неуправляемом реакторе при разрывах в цепи управляемо- го реактора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству . является статический компенсатор реактивной мощности, который состоит из последовательно соединенных 60 неуправляемого реактора и конденсаторной батареи и управляемой индуктивной цепи, состоящей из реактора и встречно-параллельно включенных вентилей с фазным управлением (llj. 5

Этасхема получена из схемы замещёния реактора-трансформатора..

Если исходить из такой схемы, то сопротивление неуправляемого реатора составляет около 50% от сопротивления конденсаторной батареи. Пр таких параметрах данный компенсатор реактивной мощности имеет большую установленную мощность и низкий коэффициент использования конденсаторной батареи в режиме максимальной генерации реактивной мощности в сеть (вентили закрыты, так как около половины мощности конденсаторной батареи компенсирует неуправляемый реактор. При неопределенности соотношения неуправляемого реактора и конденсаторной батареи возможен резонанс на одной из гармоник сети, что приводит к перегрузке конденсаторной батареи, а также при наличии вентилей с фазным управлением, которые будут генерировать высшие гармоники тока, к возникновению автопараметрических колебаний. Кроме того, регулирование индуктивной мощности

i управляемого реактора с помощью указанных вентилей с фазным управлением приводит к генерации высших гармоник тока в питающую сеть, которые также перегружают конденсаторную батарею, что приводит к снижению ее надежности.

Целью изобретения является уменьшение установленной мощности, повышение надежности и устранение выс ших гармоник тока, генерируемых в сеть... .

В первом варианте выполнения в статическом источнике реактивной мощности, содержащем для каждой фазы, сети неуправляемую цепь из последовательно соединенных неуправляемого реактора и конденс.аторной батареи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети, а вторым - к общей точке соеди нения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, сопротивление неуправляемого реактора, составляет 11,5-24,5% от сопротивления конденсаторной батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепь выполнена линейной, причем неуправляемые цепи соединены в электрический треугольник, к вершинам которого подктачены фазы трехфазной сети, а первый вывод каждой из управляемых индуктивных цепей соединен: с фазой сети, не соединенной с неуправляемым реактором той неуправляемой цепи, к которой подключена данная управляемая индуктивная цепь своим вторым выводом. с целью уменьшения напряжения на конденсаторных батареях при уменьшении реактивной мощности, генериру емой в сеть, первые выводы управляемых цепей подключены к нулевой фазесети,

С целью уменьшения установленной мощности конденсаторных батарей, первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подсоединен к фазе рети, подключенной к вершине электрического треугольника, противоположной по отношению к стороне, к которой подключен второй вывод данной управляемой цепи. Управляемые индуктивные цепи также включаются параллельно конденсаторным батареям.

Во втором варианте выполнения в статическом источнике реактивной мощности, содержащем для каждой фазы сети неуправляемую цепь из последовательно соединенных неуправляемого реактора и конденсаторной батареи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети, а вторым - к общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,5-24,5% от сЬпротивления конденсаторной батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепь выполнена линейной, причем не.управляемые цепи соединены в звезду к лучам которой подключены фазы питающей сети.

В звезду соединены конденсаторные батареи неуправляемых цепей, а первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подключен к отстающей или опережающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с неуправляемой цепью, к которой подсоединен второй вывод данной управляемой индуктивной цепи; причем подключение первых выводов, управляемых индуктивных цепей осуществлено циклически.

В звезду соединены неуправляемые реакторы неуправляемых цепей, а управляемые индуктивные цепи включены параллельно конденсаторным батареям, . В третьем варианте выполнения статическом источнике реактивной мощности, содержащем для каждой фазы сети неуправляемую цепь из последовательно соединенных неуправляемого, реактора и конденсаторной батареи и управляемую индуктивную цепь, первым выводом подключенную к фазе сети . вторым .- к общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого peeiKTopa, сопротивление неуправляемого реактора составляет li,524,5% от сопротивления конденсаторной батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепв выполнена линейной, причем неуправляемые цепи выводами реакторов подключены к фазгий,сети, а конденсаторные батареи, соединены между собой в электрический треугольник.

Первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подключен к опережа-. тощей или отстающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с данной управляемой индуктивной цепью через неуправляемый реактор, причем подключение первых выводов управляемых индуктивных цепей осуществлено циклически,

Первые выводы управляемых индуктивных цепей подсоединены к нулевой фазе сети.

Для всех трех вариантов выполнения статического источника реактивной мощности неуправляемые индуктивные цепи могут быть выполнены в виде реакторов с отпайками, которые через коммутирующие ключи (например, тиристорные) соединены с фазами сети.

С целью устранения перенапряжений на обесточенных участках реакторов с отпайками, управляемые индуктивные цепи выполнены в виде неуправляемых реакторов, подключенных через регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема ИРМ по первому варианту выполнения на фиг. 2 - то же, при подключении первых выводов управляемых индуктивных цепей к нулевой на фиг, 3 - то же, при подключений первого вывода каждой управляемой цепи к фазе сети, подключенной к вершине электрич еского треугольника, противоположной по отношению к стороне, к которой подключен второй вывод данной . управляемой цепи; на фиг, 4 - то же, при подключении управляемых индуктивных цепей параллельно конденсаторным батареям/ на фиг, 5 - принципиальная схема ИРМ по второму варианту выполнения; на фиг, б - то же, при соединении в авезду конденсаторных батарей и при подключении первых выводов каждой управляемой индуктив-

.ной цепи к отстающей фазе сетипо отношению к фазе, соединенной с той неуправляемой цепью, к которой подсоединен второй вывод данной управ0ляемой цепи, на фиг, 7 - то же, при соединении в звезду неуправляемых реакторов и при подключении управляемых индуктивных цепей параллельно конденсаторным батареям, на фиг, 8 принципиальная схема ИРМ по третьему варианту выполнения на фиг, 9 - то же, при подключении первого вывода каждой управляемой индуктивной цепи

jK опережающей фазе сети по отношению к фазе, соединенной с данной управляемой индуктивной цепью через неуправляемый реактор/ на фиг, 10 -, то же, при подключении первых выводов управляемых цепей к нулевой фазе сети. На фиг. 11 - управляемая индукти ная цепь, выполненная в виде реакто ра с отпа 1ками/ на фиг. 12 - управляемая индуктивная цепь, выполненна в виде неуправляемого реактора, под клк ченного через регулируемый транс форматор. На фиг. 1-10 обозначено: А,B,G фазы, сети; L , L, L-j - неуправляемые реакторы; О- нулевая фаза сети 1,2,3 г- фазы сети, которым подключены первые выводы управляемых йнду тивных цепей, Ц., L- L -управляет мые индуктивные , Са, конденсаторные батареи. На фиг.10.12 обозначено: L - реактор с отпай ками 1C. - коммутирующие ключи} LJ, неуправляемый реактор, ТР - трансформатор. . Предлагаемые источники мощности работают следующим образом. При изменении мощности управляемых индуктивных цепей изменяется .реактивная мощность,-отдаваемая в сеть, которая определяется выражени ем. - Qa- 2 Q (1) где а. - суммарная мощность конденсаторных батарей, 7 Q,,- сукмарная мощность неуправляемых реакторов, Qj,j- суммарная мощность управляемых индуктивных цепей. Управляемые индуктивные цепи выполня ртся линейными. Предлагается использоват реактор с отпайками (фиг. 117. В этом случае его мощность определяется индуктивным сопротивлением при подключении 1-й отпайки. При полном отк.лючении реактора получаем максимальное значение мощности, ген рируемой в сеть. Недостатком исполь зования реактора с отпайками являет ся наличие перенапряжений на обесто.ченном участке реактора. Чтобы избежать этих нежелательных перенапряжений можно использовать в качестве управляемой индуктивной цепи неуправляемый реактор подключенный через регулируемый трансформатор или автотрансформатор. В качестве коммутирующих ключей можно использовать как контактные, так и безконтактные коммутаторы ( например, тирис торные), причем последние более перс пективны ввиду из быстродействия. Неуправляемые реакторы предназначены для защиты конденсаторных батарей от токов высших гармоник, что резко повьпиает надежность ИРМ. Величина индуктивного сопротивления неуправляемых реакторов выбирается с учетом уровня высших гармоник в сети и величины допустимого тока перегрузки конденсаторных батарей из условия W.JV,,o, . - fwxr К -у 4 С . лу С i L где 1, - ток конденсаторной батареи j т1Ю максимальный допустимый ток кондесаторной батареи; , - напряжение i-й гармоники, i - порядковый номер гармоники х,- сопротивление конденсаторной батареи на первой гармонике, XL,- сопротивление неуправляемого реактора на первой гармонике, п - предельное значение порядкового номера, учитываемого в расчете гармоники. . X В случае, если-р-ё х., то t соэто режим резонанса на 1-й гармонике (активные сопротивления ввиду их малости не учитываем) .1 Следовательно, сопротивление реактора нужно выбирать таким образом, чтобы не попасть в резонанс на первой или высших гармониках. При изменении сопротивления управляемой индуктивной цепи собственная резонансная частота ИРМ будет несколько изменяться. Поэтому сопротивление неуправляемого реактора определяется из выражения (2) лишь предварительно. Окончательный его выбор можно осуществить, проверив условие 7f у для всего диапазона регулирования реактивной мощности. Как показывают расчеты, сопротивление на первой гармонике неуправляемого р еактора выбирается в диапазоне 11,5-24,5% от сопротивления конденсаторной батареи также на перв.ой гармонике. Предлагаемый ИРМ позволяет как генерировать, так и потреблять реактивную мощность. Уменьшая сопротивление уйравляемого реактора можно перейти в режим потребления реактивной мощности. Этот режим достигается при отключении конденсаторных батарей. В этом случае уменьшается установленная мощность управляемого реактора. При снижении величины реактивной мощности,, генерируемой в сеть, снижается напряжение на конденсаторных батареях, что ведет к повышению надежности последних. Количество вы-t. ходов из строя конденсаторных батарей является функцией напряжения в 5-7 степени tlOj. Схемы, приведенные на фиг. 2, 3, 4, б, 7, 9 и 10 имеют различную установочную мощность ( отличие не превышает 5%), различные коэффициенты использования конденсаторной батареи (не более 15),i которыеойреДеляются сопротивлением неуправляемого реактора, различные диапазоны изменения резонансной частоты. Поэтому выбор схемы ИРМ должен осуществляться путем анализа и определений наибо лее оптимальной схемы ИРМ с учетом конкретных параметров сети. : Эффект от применения предлагаемых статических источников реактивной

мощности по сравнению с известными заключается в повышении надежности конденсаторных батарей, которые являются самыми ненадежными элементами в статических ИРМ; в снижении установленной мощности в отсутствии

Л

высших гармоник в генерируемом в сеть реактивном токе.

Предлагаемые ИРМ могут быть использованы как энергосистемами в центрах питания, так и потребителями электрической энергии. Фиг.

1. Статический исто 1нйк реакг , /« ге;;;; : - .U- 1 тивной М01ДНОСТИ, содержащий для каЖцой фазы сети неуправляемую цепь . из 11оследовательно соединенных неуправляемого реактора и конденсаторной батареи и Управляемую индуктивную цепь, первым выводомподключеннуй к фазе сети, а вторым - к общей точке соединения конденсаторной батареи и неуправляемого реактора, о т л и ч а .ю щи и с я тем, что, с целью уменьшения установленной мощности, повышения надежности и устранения высших гармоник, генерируемых в.сеть, сопротивление неуправляемого реактора составляет 11,524,5% от сопротивления конденсаторНой батареи на частоте сети, а управляемая индуктивная цепь выполнена (О линейной, причем неуправляемые цепи соединены в электрический треугольс ник, к вершинам которого подключены фазы трехфазной сети, а первый: вывод каждой из управляемых индуктивных цепе;й собяинен с фазой сети, не соединенной с неуправляемым реактором той неуправляемой цепи, к которой подключена данная управляемая индуктивная цепь своим вторым выводом.. со сл 2.Источник по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что первые яыво.ды управляемых индуктивчых цепей -ч| подключены к нулевой фазе сети, 3.Источник по п. 1, о т л и ч аND СП . ю щ и и с я тем, что первый вывод каждой управляемой индуктивной цепи подсоединены к фазе сети, подключе,ной к вершине электрического треугольЪика, противоположной по отношению к сторЬне, к которой подключен второй вывод данной управляемой цепи. 4.Источник по .п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что управляемые индуктивные цепи включены параллельно конденсаторным батареям. 5.Источник по пп. 174, о т л и.чающийся тем, что неуправля

л. Л - - .

Ч Т 2-Г- VT