Способ стабилизации параметров электрической энергии в трехфазной системе с нестационарными,нелинейными нагрузками Советский патент 1987 года по МПК H02J3/26 

11

Изобретение относится к элактро- .технике и может быть применено для симметрирования токов в трехфазной сети при подключении к ней нелинейных однофазных нагрузок с быстроизменяю- щимися во времени параметрами (электродуговые сталеплавильные печи, вен- тильньае преобразователи, асинхронные и синхронные двигатели, сварочные аппараты и др.) «

Цель изобретения - упрощение симметрирования нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока трехфазной системы.

На: фиг. 1 показана схема, реали- зующая предлагаемый способ; на фиг.2 устройство для реализации способа.

На схеме обозначены; фазы 1-3 се- ти, нестационарная, нелинейная на

грузка 4, через которук) протекает ток ij,(t), управляемое нелинейное реактивное сопротивление 5 индуктивного или емкостного характера, регулируемые линейные реактивные сопротивления 6 и 7 соответственно индуктивного и емкостного характера, 1д,,

ip - фазные токи трехфазной сис- - ток, протекающий через

в темы,

управляемое нелинейное реактивное сопротивление.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. 2) содержит азы 1-3 электрической сети, нестационарную, нелинейную нагрузку 4, инверторные схемы 5-7, реализующие соответственно нелинейное управляемое реактивное сопротивление-, линейные регулируемые реактивные сопротивления индуктивного и емкостного характера, измерительный преобразователь 8 тока, измеритель 9 коэффициентов ряда Фурье, устройство 10 сопряжения ,вычислительно-управляющий блок

11,управляемый мостовой выпрямитель

12,формирователь 13 импульсов, схемы 14-16 запуска тиристоров, датчик 17 напряжений, устройство 18 сопряжения .

Порядок вьшолнения операций при осуществлении способа следующий:

измерение амплитудного значения линейного напряжения сети

измерение мгновенных значений тока нагрузки i(t) и преобразование их в тригонометрический ряд Фурье в соответствии с выралсением:

5

3-н(с) ,,.,, cos(2n-l)ut+

+В(а„,н sin(2n-l) определение характера упрайляемо- го нелинейного реактивного сопротивления, причем при выполнении неравенства

.|.(A,.sin2not-2№.ч)) (1)

управляемое нелинейное реактивное сопротивление является индуктивным сопротивлением, величиной которого- управляют в соответствии с выражением

, i - R

uL.(t) V. :::

V 2 V

Е . UCh.Kvan sin2nQtПс1 К-Л

° ,-%(п.кМ1н cos2ntot), при

t 00

(„.,)„ 2 Z. ZL (АГ,

(2)

оо

.в,

5

sin2n(0t- (3)

0

, Ksi C2ln+k)-,lH %( cos2nut) управляемое нелинейное реактивное сопротивление является емкостным сопротивлением, величиной которого управляют согласно выражению

S -VIVM-r

о « оо

+ г- HZKA,.

5

v ;:; lit; wn.

)-ан cos2not) ;

sin2ncjt(4)

0

определение величины регулируемых линейных реактивных сопротивлений в зависимости только от значений ко эф- фии;иентов разложения в ряд Фурье тока нагрузки в соответствии с выражением

1 1 °°

„ . J. V- А .

(гпч)н,

(OL где L

иС (t) 4зУо

z:

пч

(5)

5

Cy(t)

индуктивность управляемого нелинейного реактивного сопротивления; емкость управляемого нелинейного реактивного сопротивления;

0

В

5

(ап-Оч Чг(1+хЬ(1н и

(iml н titvu-KVilh

V. СО коэффициенты соответственно при косинусах и синусах разложения в ряд Фурье тока нагрузки; амплитудное значение линейного напряжения сети; угловая частота.

3 13191644

На напряжение сети, напримерто ток i содержит только активную

,. v тт / , ir составляющую основной гармоники и

F подключено регу-.равен

лируемое линейное сопротивление ин-. .

дуктивного характера QL, на напряже- 5 п °

,, f - „ , ITvа величина управляемого нелинейного ние и.. (t)-V sin (at- -г) подюггочено

о 6реактивного сопротивления определярегулируемое линейное реактивное со-ется выражениями (2) и (4).

противление емкостного характераЕсли ток i представить в общем

1 „ , ч „ , fOвиде i.Bsincot+Acosot, то условие

-;, а на напряжение U.,, (t)-V.. cosot -„. - А ч.

иС « ополной (амплитудной и фазовой) симнестационарная, нелинейная нагрузка,метрии токов i, i, i для схемы

параллельно которой подключено управ-(фиг. 1) имеет вид:

ляемое нелинейное реактивное сопро-. уЗУ , 1 , „ч .. о /

J Т )coswt+ 2 ( тивление MLu(t) или - . (фиг.1).+uC)sin{ot,

Cy( у

Индуктивность или емкость управляемо-i, (А+ -;p-r )cosut+(B-.7r-r)sinot,

оb iiWIj 2COL

ГО нелинейного реактивного сопротив-гуления можно представить в виде триго-,... (-А- у- Vj,uC)cosot+(-B- нометрического ряда.

I л |2-,. л - т V.pC)sinut.

- (А cos2not+2.

Я .„ Отсюда можно определить обратные +В sin/nut),

2ni. величины регулируемых линейных реак25тивных сопротивлений:

С, (t)A,,. Г (А, cos2n«t.1 1

-HB,,sin2nat). 0

Следовательно, ток через управляв-сдс - j (А- В).

мое нелинейное реактивное сопротивле- зп°- оо

ние равен:Поскольку , А ZlAj , , то полуV V В

т (2А -А )sintJt1- coscat-чаем выражение (5).

„ 00 гВеличина коэффициента реактивной

- ГА -А,. .(2n+l)ot -мощности трехфазной системь равна 2w „„ С 2«ь )ui :

.i-Tg в 1cos(2n+l)utlПоскольку величины индуктивности

Jи емкости не могут быть отрицательnVными, то из неравенств

i,, (,J sinut +j

о. coV. Гг/ (°

2 , cos(at+ - 2- следуют условия (I) и (3) соответст- -A( , ,lsin(2n+l) - венно, которые являются критерием

-В ncos(2n+l)utl. выбора1 характера управляемого нелиla«+z)cJнейного реактивного сопротивления в

„ 45зависимости от параметров нелинейЕсли вь,пол:«яются условия: нестационарной нагрузки.

А,„, | SIB

g 2со |S ддля параметров нагрузки, исходя из

о - С2() возможности физической реализации

д t ирегулируемых линейных реактивных со- я, г; X Of

i- Vj, j L(nvK)-i3H Из выражения (5) следует условие

2со |S ддля параметр

о кТГ С2( возможности сд S-регулируемых

Vo (- )нпротивлении:

л п

о 007 А,- I 0.

А - 2 „-г;- (гп-1)н

2ПС оУ„ ГТ t ZCn)- «.

9 00 Если , . О, то очевидно, В г, - 5

2I1C цУд ™ СгСп+к)- что суммарньй ток i находится в прод 1 gтивофазе с напряжением V . Такой

uV(, IIHM) может создавать либо активный

513

двухполюсник, либо эквивалентная однофазная нагрузка, вьщеленная из несимметричной трехфазной нагрузки. Для того, чтобы бьшо возможным применение способа для нестационарных не- линейных нагрузок, для которых

со

5Z А, необходимо на отстаюПсл

щее и опережающее линейные напряжения по отношению к напряжению одно- фазной нагрузки подключить регулируемые линейые реактивные сопротивления емкостного и индуктивного характера соответственно«

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом,

Между фазами 2 и 3 сети (фиг. 2) подключена нестационарная, нелинейная нагрузка 4. Ток i(t) этой нагрузки преобразуется пропорционально в напряжение с помощью измерительного преобразователя 8 тока. Измеритель 9 коэффициентов ряда Фурье определяет коэффициенты А(„.,„ и B(.,j разложения в ряд Фурье тока 1н(1). Эти величины через устройство 10 сопряжения поступают, в состоящий из БИС микропроцессорного набора вычислительно- управляющий блок 11. Последний производит вычисление в соответствии с вы- ражениями 1-4), а также (5)и вырабатывает управлшощие воздействия для инверторных схем 5-7, реализующих функции реактивных сопротивлений. Ин- верторные схемы питаются от управляе- мого мостового вьшрямителя 12. Для управления тиристорами инверторных; схем и выпрямителя предназначен многоканальный программно-управляемьй формирователь 13 импульс.ов. Непосред- ственно включают тиристоры схемы 14- 16 запуска тиристоров. Датчик 17 напряжений служит для синхронизации работы вычислительно-управляющего блока с сетью, а совместно с устрой- ством 18 сопряжения - для определения величины амплитуды напряжения.

Таким образом, способ позволяет с помощью управления лишь одним нели- нейным элементом - управляеемым нелинейным реактивным сопротивлением, которое включается параллельно нестационарной, нелинейной нагрузке, осуществить ее симметрирование, компен- сацию высших гармоник тока и реактивной мощности трехфазной системы, что в отличие от известного способа в значительной мере способствует более

46

ростой его реализации на практике , следовательно, является эффективым и перспективным при внедрении народное хозяйство для комплексноо повышения качества электрической энергии и эффективного ведения злект- отехнологических процессов.

ормула изобретения

Способ стабилизации параметров электрической энергии в трехфазной системе с нестационарными, нелинейными нагрузками, на линейное наряжение которой подключена однофазная нагрузка, на отстающее и опереающее линейные напряжения по отношению к напряжению однофазной нагрузки подключены регулируемые линейные реактивные сопротивления индуктивного и емкостного характера соответственно, а параллельно однофазной нагрузке подключено управляемое нелинейное реактивное сопротивление индуктивного или емкостного характера, включающий измерение амплитудного значения линейного напряжения сети, измерение мгновенных значений тока нагрузки и преобразование их в тригонометрический ряд Фурье, отличающийся тем, что, с целью упрощения симметрирования нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока трехфазной системы,определяют требуемый характер управляемого нелинейного реактивного сопротивления, причем при ВЫПОЛНЕНИИ неравенства

ОО

i:S(

h i

%и.УЬОн cos2nQt)

управляемое нелинейное реактивное

сопротивление является индуктивным

сопротивлением, величиной которого

управляют в соответствии с вьфажением

: 1 - R

QL,(t) Ve ,4г (- )н

5 со ОО

- ruh U-ilH sinZnwtVQ Л1 1 К 1 LilH-tK) UH

t os2not), a при,

г:В(2н-он 21; (Ac2i..k)-aH, sinzn t2(n.o-il« cos2not) управляемое нелинейное реактивное сопротивление является емкостным сопротивлением , величиной которого управляют согласно выражению

(п-Он I, I; Ча(п..Н1„ sin2ncot(OCj,(t) - :

S (an-4H

Ir SE tiKH-OH nut-

-%(.пЫ1н )

величины регулируемых линейных реак-

тивных сопротивлений регулируют в зависимости только от значений коэффи- циентов разложения упомянутого ряда Фурье в соответствии с выражением:

СОС 1

, „.

ое

(гп.- н

.-1)н

Ly(t) C,,(t)

8

индуктивность управляемого нелинейного реактивного сопротивления; емкость управляемого нелинейного реактивного сопротивления;

Ar(-П Ц -g

Вг,, л - Г J

Vo О коэффициенты соответственно при косинусах и синусах разложения в ряд Фурье тока нагрузки; амплитудное значение линейного напряжения сети; угловая частота.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для симметрирования токов в трехфазной сети. Цель изобретения - упроще ние симметрирования нестационарных нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока трехфазной системы. Для этого измеряют амплитудное значение линейного напряжения сети и мгновенное значение тока однофазной нагрузки. Мгновенные значения токов однофазной нагрузки преобразуют в тригонометрический ряд Фурье.-В зависимости от значений коэф. разложения в ряд Фурье определяют характер регулируемого нелинейного реактивного сопротивления, подключенного параллельно однофазной нагрузке. Величины это- го сопротивления и регулируемых ли- нейных реактивных сопротивлений емкостного и индуктивного характера, подключенных соответственно на опережающее и отстающее напряжения по отношению к напряжению однофазной нагрузки, устанавливают в зависимости от значения коэф. разложения в ряд Фурье и от величины линейного напряжения сети. 2 ил. с (Л С

iH(t .у

-HI IJФиг.

Редактор Н. Тупица

Составитель И. Мирошников

Техред Л,0лийнык Корректор А, Обручар

Заказ 2522/50 Тираж 618Подписное

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

Фиг.2