Устройство для регулирования мощности Советский патент 1985 года по МПК G05F1/66 

V

а о

1чЭ

4ND

о ел

AJ

S 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество аккумулирующих элементов равно количеству фаз сети, и параллельно каждому из них включены две пары групп из диодов и тиристоров, причем первые каждой пары включе ны в рассечку каждой фазы сети. 3.Устройство по пп, 1 и 2, от личающееся тем, что аккумулирующий элемент выполнен в виде конденсатора. 4.Устройство по пп. 1 - 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве конденсатора использован кон денсатор с аномально высокой ем- ; костью - молекулярный конденсатор. 5.Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что

«

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроэнергетических системах для компенсации реактивной мощности, повышения пропускной способности электропередач за счет сглаживания нерегулярных колебаний перетоков nd межсистемным связям, а также для повьппения статической колебательной устойчивости энергосистем.

Цель изобретения - повьшениё экономичности, расширение функциональных возможностей,

На фиг. 1 изображена схема устройства при включении его в рассечку каждой фазы; на фиг. 2 - диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройства для этого случая; на фиг. 3 - схема устройства для трехфазного исполнения; на фиг. 4 - диаграммы токов и напряжений, соответструющие схеме на фиг. 3.

Устройство (фиг. 1) содержит аккумулирующий элемент 1, подключенный к выходу постоянного напряжения диодного мостового четырехплеч вого выпрямителя, образованного диодами 2 - 5 Каждый из диодов 2-5 вьшрямителя шунтирован соответсвующим включенным навстречу тиристором 6-9. Устройство включается в рассечку одной фазы сети переменного тока. Если

в сети имеется несколько фаз, то в рассечку каждой фазы включается аналогичное устройство.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

По сетевому фазному проводу протекает переменньй ток, изменяющийся по синусоидальному закону с промьшленной частотой. На интервале времени Т- - Т, (фиг. 2) ток проходит по цепи из диода 2, аккумулирующего элемента 1 и диода 5, при этом имеет место режим выпрямления, при котором мгновенная мощность сети передается

аккумулирующему элементу 1. Емкость аккумулирующего элемента 1 достаточно велика для того, чтобы напряжение на нем не менялось существенно на протяжении одного периода промышлен-

йой частоты. В.момент времени Tj подается отпирающий импульс на управляющий электрод тиристора 8, которьй открывается и образует теперь шунтируюдЕую цепь для тока, который

замыкается по цепи из диода 2 и тиристора 8, а аккумулирующий элемент 1 оказывается рьюедеиным из цепи, так как остальные диоды и тиристоры .схемы находятся в непроводящем состоянии. На интервале Т- - Т, при

-3

этом обмен мощностью между сетью и аккумулирующим элементом 1 отсут5в качестве конденсатора использован электролитический конденсатор. 6.Устройство по ЦП. 1 и 2, отличающееся тем, что аккумулирующий элемент выполнен в виде электромеханического энергозапасающего устройства. 7.Устройство по пп. 1, 2 и 6, отличающееся тем, что электромеханическое энергоэапасающее устройство выполнено в виде униеюлярного двигателя генератора со сверхпроводниковыми возбуждакяцими магнитами. 8.Устройство попп. 1и2, отличающееся тем, что аккумулирующий элемент выполнен в виде химической аккумуляторной батареи.

ствует, В момент времени Т подается отпирающий импульс на тиристор 7 который открьшается и тем самым вводит в цепь фазы аккумулирующий элемент 1. На интервале времени Tj - ток фазы сети проходит по цепи из тиристора 7, аккумулирующего элемента 1 и тиристора 8. При этом имеет место кратковременньй режим (мгновенньй, но не средний за период) инвертирования при котором мгновенная активная мощность передается от аккумулирующего эле,мента 1, работающего в режиме разряда к сети. В момент времени 14 ток в фазе сети проходит через нуль и далее течет при противоположной полярности. В момент прохождения тока через нуль тиристоры 7 и 8 . переходят в непроводящее состояние. Далее ток протекает по цепи из диода 4, аккумулирующего элемента 1 и диода 3. Снова имеет место режим выпрямления, который далее сменяется режимом хранения (при подаче отпирающего импульса на тиристор 9 в момент времени Tj), а затем режимом инвертирования (при подаче отпирающего импульса на тиристор в момент времени Т). Далее цикл повторяется.

Если длительность интервала выпрямления Т Т- равна Длительност интервала инвертирования Tj - Т4 (и аналогично для другого полупериода) , то в среднем энергообмен за период и активная мощность равны нулю. Реактивная мощность в этом случае определяется суммарной длительностью интервалов выпрямления и инвертирования. Диапазон изменения реактивной мощности простирается от нулевой до полной располагаемой мощности диодно-тиристорного моста. При использовании обычных тиристоров 6 - 9 без искусственной коммутации реактивная мощность всегда вьщается. При снабжении устройства также и цепями для принудительного отключения тиристоров 6-9 «ожио получить и потребление реактиной мощности. Повьшение удельной мощности в яредлагаемом устройстве достигается за счет того, что аккумулирующий элемент 1 может работать постоянно при максимальном напряжении и неизменной полярности. Это позволяет использовать в качестве него более энергоемкие элементы,

чем обычные конденсаторы. Так, молекулярные конденсаторы с удельной емкостью порядка 1 Ф/см не могут использоваться в известных установках компенсации, так как не могут работать с приемлемым КПД на частоте 50 Гц, а в предлагаемом устройстве их применение возможно, так как напряжение на них в течение одного

периода промышленной частоты может быть почти неизменным. В; предлагаемом устройстве также могут быть использованы электролитические конденсаторы, так как полярность напряжения

на них остается постоянной, а напряжение может быть близко к максимальному, что соответствует высокой обменной мощности мгновенного перетока. В отличие от известного устройства, в котором между током и напряжением на зажимах существует всегда достоянный фазовый сдвиг (при пренебрежении потерями 90), в предлагаемом устройстве этот фазовьй сдвиг может произвольно меняться от О до 180°., Так, при постоянном интервале Т Tj (фиг. 2) можно увеличивать интервал Т - Tj за счет сокращения интервала Tj - f4 Это приводит к возникновению активной мощности от системы к аккумулирующему элементу 1. Изменение интервалов в обратном направлении приводит к реверсу активного обмена. При этом устройство может циклически вьщавать ипотреблять из энергосистемы энергию с произвольно задаваемым коэффициентом мощности, что позволяет одновременно стабилизировать как модуль, так и фазу напряжения в электроэнергетической системе, срздайать демпферные моменты, повьшать статическую колебательную устойчивость электроэнергетических систем, сглаживать нерегулярные колебания перетоков по межсистемным связям, повышая их пропускную способность.

Кроме конденсаторов (oбычныxj электролитических, вакуумных, молекулярных), в качестве аккумулирующего элемента в предлагаемом устройстве могут использоваться и элементы других типов, например аккумуляторные химические батареи, а также маховикбвые накопители с электромеханйческими преобразователями, дающими на выходе ток постоянного напряжения, например униполярные двигатель-генераторы с. ма2 :овика1 ш и т« п, Устройство (фиг. 3) содержит трех фазный мост на диодах 10 - 15 шунтированных соответствующими навстречу включенными тиристорами 16 - 21. К зажимам постоянного тока этого моста (в данном случае к зажимам постоянного напряжения) подключен аккумулирующий элемент 22. Зажимы переменного напряжения . мос.та подключаются к Энергосистеме, например к фазньм обмоткам силового.трансформатора электропередачи со стороны .нейтрали, т.е. к началам этих фазных обмоток, если концы их подключены к проводам линии электропередачи.. Устройство (фиг, 3) работает следующим образом. . . При отсутствии энергообмена токи в фазных проводах замыкаются через вентили 10-21 устройства, минуя аккумулиру1ощий элемент 22. Если в се ти соблюдается балая токов в фазах (нулевой провод отсутствует), то в каждьй фиксированный момент времени мгновенный ток в одной из фаз равен сумме токов в двух других фазах взятой с соответствующим знаком. Пусть, например, в фазе ci мгновенное значение тока близко к амплитудному и ток имеет направление, указанное стрелкой на фиг. 3. Тогда этот ток может протекать по диоду 10. Далее он разветвляется, проходя по тиристорам 18 и 20 и далее по соответствующим фазным проводам фаз t и С. Если теперь подать отпирающий импульс на тиристор 17, то он открывается, диод 10 оказывается в непроводящем состоянии аккумулирующий элемент 22 - введенным в цепь фазы а При этом имеет место режим инвертирования, при котором мгновенная мощность передается от аккумулирующего элемента 22 к сети. Момент подачи импульса, отпирающего тиристор 17, обозначенг. Tg (фиг. 4). В момент Т ток в фазе Ь проходит через нуль и далее становится положительнь1М. На интервале Т, - Т., нельзя подавать отпирающие импульсы ни на один из тиристоров, находящихся в непроводящем состоянии, так как в противном 65 случае происходит короткое замыкание аккумулирующего элемента 22 через цепочку двух открытых тиристоров. Однако в момент Т состояние вентилей изменяется, так как тиристор 18 переходит в непроводящее состояние, и ток фазы Ъ с момента Т. начинает протекать через диод 12. С момента Т появляется возможность подавать отпирающий импульс на тиристор 19. Если это производится, то происходит коммутация аккумулирующего элемента 22 в фазу с и имеет место режим инвертирования с выдачей активной мощности в фазу с. Далее в момент времени Т2 ток в фазе х меняет свое направление и начинает протекать по диоду 11. С момента времени Ti появляется возможность отпереть тиристор 16, что приводит к вводу аккумулирующего элемента 22 в цепь фазы Ъ , причем режим инвертирования, т.е. выдачи энергии аккумулирующего элемента 22 в сеть, сохраняется. Далее процесс может протекать аналогично. При этом последовательно осуществляется ввод аккумулирующего элемента 22 в цепи фазе ,с ,Ь,Р(,с ,Ъ, на протяжении каждого периода промьшшенной частоты. Регулирование величины перетока при этом может осуществляться путем сдвига импульсов, отпирающих соответствующие тиристоры 16-21, причем, чем больше угол запаздывания или задержки коммутации, тем меньще выдаваемая в сеть мощность от аккумулирующего элемента 22. Аналогично рассматриваются и другие режимы - выпрямление и хранение энергии в аккумулирующем элементе. При использовании предлагаемого устройства возможно комбинированное включение как однофазных компенсирующих устройств, так и трехфазного, причем и для однофазных устройств, включаемых в отдельные фазы, аккумулирующий элемент может быть общим для всех фаз, что однако требует применения еще развязываюпдах трансформаторов на стороне сети переменного тока.

ia

i

I

i/г

i й

S

/ Й/5

2S/

Фиг,Ч