Способ компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки Советский патент 1986 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к средстззам авт оматической компенсации реактив- йой мощности в электрических сетях переменного тока, содержащих потребители реактивной энергии с переменным характером нагрузки,

Известно, что регулирование напряжения дросселя посредством изменения угла управления тиристорами ег быстродействующего выключателя приводит к появлению в токе дросселя9 а следовательно, и генератора высших гармонических,Этоs в свою очередь, вызывает искажение формы кривой напряжения электрической сетИд что является причиной циркуляции высших гармонических тока в электрической сети и ее нагрузке. Токи высших гармонических вызывают дополнительные потери электроэнергии и создают опасность перегрузки конденсаторной батареи, сопротивление которой обратно пропорционально номеру высшей гармонической. Поэтому для устранения негативных явлений, сопутствующих фазовому регулированию напряжения дросселя в состав компенсирующего устройства вводят фильтры высших гармонических путем включения последовательно с конденсаторами -каждой ступени конденсаторной батареи индуктивных сопротивлений - реакторов, Это приводит к увеличению габаритов и веса компенсирующего устройства и дополнительных затрат электроэнергии Предлагаемый способj при сохранении в установившихся режимах номинального напряжения дросселя вследствие применения ступенчато ре гулируемого принципа компенсаций реактивных нагрузок электрической сети, позволяет устранить отмеченные негативные явления, т„е, искажение формы кривой напряжения электричес- . кой сети и дополнительные потери от токов высших гармоническихJ н отказаться от использования реактивов, Компенсация резкопеременных реактивных нагрузок электрической се- ти путем фазового регулировЁНня напряжения дрос селя характеризуется большим быстродействием и более точным отслеживанием всплеска реак г ИБ - ного тока нагрузки электрической сети по сравнению с подключением группы ступеней конденсаторной бата .реи, так как известно, что с целью исключения бросков зарядных токов

.

257746 при

20

25

включении конденсаторов следует дождаться момента, когда мгновенное значение напряжения с-ети равно остаточному напряжению на конденсаторах с обратным знаком для каждой фазы в отдельности, согласно предлагаемому способу путем увеличения скорости реакции компенсирующего устройства на включение реактивной нагрузки электрической сети фазовым регулированием напряжения дросселя вместо подключения ступеней конденсаторной батареи одновременно с повышением точности отслеживания рез- ких изменений реактивной нагрузки электрической сети достигают исключения колебаний напряжения в электрической сети и нагрузки источника питания. Кроме того, предлагаемый способ компенсации резкопеременных нагрузок электрической сети, превы- шакяцих по величине мощность дросселя, путем комбинации фазового регулирования напряжения дросселя с подключением резервных ступеней кон- дев са торной батареи и последующим возвращением этих ступеней и дросселя в исходный режим позволяет уменьшить установленную мощность дросселя и ступень конденсаторной батареи, токи которых уравновешивают друг друга в исходном (установив- -шемся) режиме.

Блокировка включения больших реактивных нагрузок электрической сети (превьш1ающих мощность дросселя) ггри недостатке или отсутствии резервной мощности конденсаторной батареи к величение последней путем отключения ранее подключенных ступеней с целью последующего повторного их включения при фазовом регулировании напряжения дросселя исключает пере-, грузку источника питания и преждевременный ввод в работу резервного источника питания, а осуществление контроля нагрузки источника питания Е процессе вывода в резерв подключенных ступеней конденсаторной батареи и запуск резервного источника . питания при увеличении тока нагрузки рабочего источника питания выше установленного значения предупреждает |Срабатывание защитьт последнего от перегрузки и обесточкваник электричес- 55 кой.сети.

На чертеже изображена принципиальная схема компенсирующего устрой-

30

40

50

ства, реализующего предлагаемый способ.

Компенсирующее устройство состоит из индуктивного элемента - дросселя 1 , и конденсаторной батареи , разделенной на ступени 2-5, мощности которых находятся в отношении 1:2:4:4. Причем единичная мощность наибольших ступеней 4 и 5 равны мощности дросселя. Дроссель 1 и первые три ступени 2-4 конденсаторной батареи подключены через быстродействующие тиристорные коммутаторы 6 и 7 и электрическую сеть 8 к источнику 9 питания, например к синхронному генератору. Одна из наибольших ступеней 5 конденсаторной батареи подключена к электрической сети не- посредственно. В состав смешанной нагрузки электрической сети входят реактивные нагрузки 10.1 и 10.2, например асинхронные электродвигатели. Эти нагрузки подключаются к электрической сети посредством коммутационных аппаратов 11, например магнитных пускателей. Изменения реактивной нагруэки электрической сети регистрируются датчиком 12 реактивного тока, содержащим два выхода 13 и 14, на одном (13) из которых формируется быстродействующий сигнал изменения реактивной нагрузки сети в переходной период, а на другой (14) - задержанный сигнал изменения реактивной нагрузки сети в установившихся режимах. Сигналы, пропорциональные изменениям реактивной нагрузки электрической сети, направляются в блок 15 управления, снабженный выходами 16-18, через которые эти сигналы передаются в блок 19 фазового регулирования напряжения дросселя и блок 20 формирования импульсов управления. тиристорами быстродействующих комму- таторов 7, включающих ступени конденсаторной батареи. Величина нагрузки источника питания контролируется датчиком 21 тока. Б зависимости от соотношения мощностей дросселя и ре- активных нагрузок последние разделяются на две группы. Первую группу образуют реактивные нагрузки 10.1, пусковые мощности которых меньше мощности дросселя. Вторая группа формируется из реактивных нагрузок 10.2 1с пусковыми мощностями, превышающими мощность дросселя.

7464.

Реактивный ток источника пи тания не должен превышать заданное значение .

В исходном режиме к электрической сети подключается на номинальное напряжение электрической сети дроссель 1 и равная ему по мощности ступень 5 конденсаторной батареи. В этом режиме напряжение управления, формируемое блоком 15 управления на своем выходе 16 и подводимое к блоку 19 фазового регулирования, равно нулю. Ему соответствует полное открытие тиристоров быстродействующего коммутатора 6, т.е. тиристоры работают при нулевом угле управления. Суммарный реактивный ток I компенсирующего устройства, определяемый как

Kf

1С5Ч

(1)

где I

CS

и ч номинальные токи ступени 5 конденсаторной батареи и дросселя соответственно, равен нулю.

в исходном режиме ступени 2-4 конденсаторной батареи отключены. Включается реактивная нагрузка 10 электрической сети - асинхронный двигатель, пусковой ток которого меньше номинального тока дросселя и является,.как известно, реактивным. Датчиком 12 реактивного тока измеряется изменение реактивной составляющей тока нагрузки источника 9 питания по отношению к заданному и на его выходе 13 формируется быстро- действуниций сигнал, пропорциональный изменению этого тока в период разгона асинхронного двигателя. Этот сигнал посылается в блок 15 управления, на выходе 16 которого формируется напряжение управления, в соответствии с которым посредством блока 19 фазового регулирования увеличивается угол управления тиристоров быстродействующего коммутатора 6. При этом напряжение и ток дросселя уменьшается на величину приращения реактивного тока нагруэки источника питания, а результирующий ток компенсирующего устройства в соответствии с формулой (1) увеличивается на ту же величину, компенсируя увеличение реактивного тока нагрузки источника питания относительно заданного значения. По окончании разгона

асинхронного двигателя и уменьшения его пускового тока до номинального |знйчения быстродействующий сигнал на йыходе 13 датчика 12 реактивного тока и напряжение управления на выходе 16 блока 15 управления снова равны нулю. В результате того напряжение и ток дросселя восстанавливаются до номинальных величин, а результирующий ток компенсирующего устройства возвращается к нулевому значению. По истечении установленной выдержки времени на выходе 14 датчика 12 реактивного тока формируется сигналj пропорциональный увеличению реактивного тока нагрузки источника 9 питания в установившемся режиме. Этот сигнал воздействует на блок 15 управления, посредством которого на его выходе 17 вырабатывается сигнал включения наименьшей резервной ступени 2 конденсаторной батареи, и с помощью блока 20 формирования импульсов преобразуется в импульсы управления тиристорами быстродействующего коммутатора 7 ступени 3. В результате этого ток компенсирующего устройства увеличивается:

(4V

I

С

1сг - IL

В результате компенсируется приращение реактивного тока нагрузки источника 9 питания в установившемся режиме.

Если необходимо включить реактивную нагрузку 10.2 электрической сети, пусковой ток которой превышает номинальный ток дросселя, то в магнитном пускателе 11 этой нагрузки формируется сигнал на включение, который посылается в блок 15 управления. В блоке управления, после получения этого сигнала, контролируются номера подключенных ступеней конденсаторной батареи и ступеней, находящихся в резерве. Если окажется, что в момент поступления этого сигнала на включение реактивной нагрузки 10.2 ступень 4 конденсаторной батареи находится в резерве, то в блоке 15 управления формируются одновременно командные сигнальз включе ния данной реактивной нагрузки и ступени 4 конденсаторной батареи, которые воздействуют на магнитный пускатель 11 и блок 20 формирования импульсов соответственно. Затем, как и в предьщущем случае, датчиком 12

реактивного тока измеряется переходный ток нагрузки источника питания и на его выходе 13 формируется быстродействующий сигнал,- пропорциональньй изменению результирующего реактивного тока источника питания (I,,- I ) где , - реактивная составляющая пускового тока нагрузки; 1 - тока ступени 4 конденсаторной батареи.

Этот сигнал воздействует на блок 15 управления, посредством которого вырабатывают напряжение управления, В соответствии с его величиной с по- мощью блока 19 фазового регулировакия увеличивается угол управления тиристоров быстродействуиогцего коммутатора 6, а следовательно, уменьшаются напряжение и ток дросселя на величину, равную разности (2 „,, С4

нескомпенсированного переходного тока нагрузки источника питания после одновременного подключения реактивной нагрузки электрической сети и ступени 4 конденсаторной батареи. По

окончании переходного процесса в реактивной нагрузке 10,2 в момент установления нулевого сигнала иа выходе 13 датчика 12 восстанавпивается номинальное.напряжение и -ток дросселя и отключается ступень 4 конденсаторной батареи. По истечении выдержки времени на выходе 14 датчика. 12 реактивного тока формируется сигнал, пропорциональный изменению

реактивного тока источника питания в установившемся режиме. Этот сигнал воздействует на блок 15 управле- Н1-Ш, вырабатывающий командный сигнал включения резервной ступени конденсаторной батареи в соответствии с программой их переключения при ступенчатом регулировании по коду 1;2s4, Блок 20 формирования импульсов осуществляет соответствукяцие

переключенгШ этих ступеней.

Если в момент поступления в блок 15 управления сигнала на включение большой реактивной нагрузки 10.2 окажется, что ступень 4 конденсаторной батареи уже включена в электрическую сеть, а суммарная резервная мощность конденсаторной батареи меньше мощности дросселя, то в блоке управления формируется сигнал блоки- РОБКИ включения указанной реактивной нагрузки и одновременно выраба- тыаается командный сигна,л отключения Б резерв ступени 4 конденсатор

ной батареи. При этом датчик 21 тока контролирует величину возрастающего тока нагрузки источника питания После этого в блоке управления снимается (блокировка и одновременно фор- мируются разрешающий сигнал BKjpo4e- ния реактивной нагрузки 10.2 и сигнал повторного включения ступени 4 конденсаторной батареи. Датчик 12 реактивного тока измеряет изменение результирующего реактивного тока нагрузки (1ц„ сц источника питания и формирует на его выходе 13 быстродействующий сигнал, который включает упомянутую программу изменения напри- жения и тока дросселя и последующего их восстановления по окончании переходного процесса в реакт ивной нагрузке in.2. Ступень 4 конденсаторной батареи остается подключенной к электрической сети. По истечении выдержки времени на выходе 14 датчика 12 реактивного тока формируется сигнал о приращении реактивной нагрузки источника питания в устано- вившемся режиме, который посредством блока 15 управления и блока 20 формирования импульсов воздействует на быстродействукяцие коммутаторы 7 резервных ступеней конденсаторной ба- тареи и включает их..

Если после вывода в резерв ранее подключенной ступени 4 конденсаторной батареи, предпринятого по сигнал поступившего сигнала на включение большой реактивной нагрузки 10.2 в условиях недостатка требуемого резерва мощности конденсаторной батареи, полный ток нагрузки генератора, который контактируется датчиком 21 тока, становится-вьше установленного значения, то этот датчик формирует сигнал перегрузки источника питания, который в блоке 15 управления блокирует включение заявленной реактивной нагрузки и введенной врезерв ступени 4 конденсаторной батареи. Одновременно на выходе 18 блока 15 управления формируется сигнал ввода в действие резервного источника пита- ния. Благодаря включению последнего в электрическую сеть снимается сигнал перегрузки с выхода датчика 21 тока, формируя в блоке 15 управления разрешающие сигналы включения заяв- ленной реактивной нагрузки и ступег ни 4 конденсаторной батареи. Ос- тальные операции по управлению дрос селем и ступенями конденсаторной батареи повторяются в известной последовательности .

Техническими преимуществами способа компенсации статической и резко- переменной реактивной нагрузки являются: отсутствие искажения синусо(идальных кривых тока и напряжения электрической сети и компенсирующего устройства в установившихся режимах; отсутствие колебаний напряжения электрической сети, обусловленных резкими изменениями величины ее реактивной нагрузки; упрощение схемы главного тока конденсаторной батареи путем исключения необходимости применения реактивов в цепи конденсаторов каждой ступени; улучшение условий электросовместимости электротехнических устройств электрическо сети.

Формула изобретения

Способ компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки компенсирующим устройством, содержащим индуктивный элемент, например дроссель и многоступенчатую конденсаторную батарею, подключенные через быстродействующие тиристорные коммутаторы и электрическую сеть к источнику питания, заключакщийся в том, что изменяют напряжение дросселя путем фазового регулирования его быстродействующего ткристорного коммутатора и переключают ступени конденсаторной батареи, отличающийся тем, что, с целью повышения качества напряжения электрической сети при одновременном упрощении схемы главного тока компенсирующего устройства, предварительно подключают дроссель и наибольшую ступень конденсаторной батареи, равную по величине мощности дросселя, на номинальное напряжение электрической сети, уменьшают напряжение дросселя Р момент включения реактивной нагрузки электрической сети на величину при- ращения этой нагрузки, восстанавливают номинальное напряжение дросселя по окончании переходного процесса в реактивной нагрузке электрической сети, формируют сигнал приращения реактивной нагрузки электрической сети в установившемся режиме, подключают этим сигналом резервные ступени конденсаторной батареи, при

включении реактивной нагрузки электрической сети, превышающей по величине мощность дросселя, формируют предварительно сигнал на включение этой нагрузки, контролируют наличие резервных ступеней конденсаторной батареи, при наличии резервной мощ- :ности конденсаторной батареи не меньше мощности дросселя включают одновремен- но реактивную нагрузку электрической сети и резервные ступени конденсаторно батареи, в сумме равные мощности дроселя, регулируют напряжение дросселя указанным путем, отключают резервные ступени конденсаторной батареи по окончании переходного процесса в реактиной нагрузке электрической сети, а при отсутствии указанного резерва мощности конденса торной батареи в момент поступления сигнала на включение нагрузки блокируют включение реактивной нагруз

. 257746ки

10

электрической сети, увеличивают резервную мощность конденсаторной батареи до требуемой величины путем отключения части её подключенных

5 ступеней, контролируя при этом величину тока нагрузки источника питания, снимают блокировку и включают одновременно реактивную нагрузку электрической сети и резервные ступени

to конденсаторной батареи, регулируют напряжение дросселя указанным путем, при увеличении тока нагрузки источника питания вьше установленного значения , вызванном переводом части под15 ключенных ступеней конденсаторной батареи в резерв, формируют сигнал перегрузки источника питания, блокируют этим сигналом включение реактивной нагрузки электрической сети и

20 резервных ступеней конденсаторной батареи и одновременно вводят в работу резервный источник питайия.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической компенсации реактивной мощности в электрических сетях переменного тока, содержащих потребители реактивной энергии с переменным характером нагрузки. Цель изобретения - повышение качества напряжения электрической сети при одновременном упрощении схемы главного тока компенсирующего устройства. В данном способе увеличением скорости реакции компенсирующего устройства на включение реактивной нагрузки электрической сети путем фазового регулирования напряжения дросселя совместно с повышением точности отслеживания резких изменений реактивной нагрузки электрической сети достигают исключения колебаний напряжения в электрической сети и нагрузки источника питания. Кроме того, способ компенсации резкопеременных нагрузок, превьшающих по величине мощность дросселя, путем комбинации фазового регулирования напряжения дросселя с подключением резервных ступеней конденсаторной батареи и последующим возвращением этих ступеней и дросселя в исходный режим делает возможным уменьшить установленную мощность дросселя и ступень конденсаторной батареи, токи которых уравновешивают друг друга в исходном режиме. Блокировка включения больших реактивных нагрузок электрической сети (превьшающих мощность дросселя) при недостатке или отсутствии резервной мощности конденсаторной батареи и увеличение последней за счет отключения ранее подключенных ступеней с целью последующего повторного их включения при совместном фазовом регулировании напряжения дросселя исключает перегрузку источника питания и преждевременный ввод в работу (резервного источника питания, а осуществление контроля нагрузки источника питания в процессе вьшода в резерв подключенных ступеней конденсаторной батареи и запуск резервного источника питания при увеличении тока нагрузки рабочего источника питания установленного значения предупреждает срабатывание защиты последней от перегрузки и обесточива- ния электрической сети. 1 ил. (Л сд vj 4 О)

Редактор Л.Пчелинская

Составитель О.Наказная Техред Л. Сердюкова

Заказ 5034/53Тираж 612Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Обручар