Регулятор реактивной мощности Советский патент 1988 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к устройствам автоматического непрерывного регулирования реактивно мощности в системах электроснабжения с помощью тиристорных к. 1ючей. соединенных последовательно с линейными реакторами, и может найти применение в электрических сетях и системах электроснабжения предприятий различных отраслей промышленности (ме аллургической, машиностроительной, горно-добывающей) с энергоемкими быстроизменяюпи1мися во времепи нагрузками.

Цель изобретения обеспечение согласования уровней напряже ий питаюпи й сети и элементов на1рузки, а также снижение мощности автс)трансформатора и его массо абаритных показателе, расхода ак- тивн) материалов, отерь

) ИИ.

На фи1 . 1 приведена 1ринципиальная схема нтулятора реакт вной мощное , содержа ntero две трехфазные т р с-1ор 1ый КЛЮЧ КОМ 1енсирующий реак- гор (ТК РК) н гре(() фазо 1оворот- i.iii гранс({)орматор {автогра сформатор) (ФГ1ЛТ) с соеди ен ем обмотк продо-тжен- греу го.1ьник()м, к зажимам ко- )() СВОИМИ 1ерв1)м за- указа 1ые ветк ТК РК; а фи. 2 п 3 BeKTopHLjie д а раммы на:1ряже 1ий, п()Ясняк) конст)уктив 11)1е (схем1 Ь е1 осо- )i I i ,11 работы регулятора на . 1; а фиг. 4 11рин1и 1 альная схема )е1улят1)ра реакг В1 ой с .), )ми обмотками. сое д нен1И)1М с общей обмоткой по с.хемам: 1ерБая вторичная - «со- i..M 11)авым.х зи1за ом и вторая вторичная об.мотка«со лас)ым левым гом; ia фиг. 5 6 вектор 1ые диа -рамм1 напряже ий. работу схемную сгруктурч регу.чятора по (})иг. 4; на . 7 р нцип1 альная схема регулятора реакт в- 1ой и двумя оди аковь ми вторич 1)М обмотками, СОе ДИ И с ерв 1чной обмоткой по схемам: 1ервая В1() обмотка - «со ласным ()м вторая вторичная обмотка «co.iacin iM правым з гзагом; на фиг. 8 и 9 векюрные Д а1 раммы )а11ряже 1И 1, пояс- работу 1 ) структуру ,. 1ятора по . 7; па фи1 . 10 альпая схема регулятора реактивной , С()держан1его трехфазный ФИАТ с :1ерв Ч 1ой и двух вторич ых обмоток «правым и «левым )м и две Tpexifia3 bie ветвей ТК РК; на фи: . 1 1 и 1 2 вектор) дпаграммь напря- , поясняюпи1е ) регулятора по фиг. 10.

Ре улятор реактиппо мощпост содержит трехобмоточный трехфазп1.п1 Ф11ЛТ I. т ристор ые клк) 2 4 перво ,1 иет- вей ТК РК, Т рисгорн1)е к.1ючи 5 7 вт.,0

0

рой ветвей ТК - РК, линейные ком- енсируюн1,ие реакторы 8--10 ервой груп- 1ы, ком енсирующие реакторы 11 -13 второй ветвей РК -РК. у устройства но . 1 обмотки 14-16

ФИАТ соединены г родолженным треуголь- 1иком, т. е. содержит два промежуточных зажима 17-19 в каждой фазе, которые соединены между собой, являясь верщинами треугольника секций обмотки, ограниченнь х этими зажимами. Крайние обмотки (зажимы 20-22 и 23 - 25) ЯВЛЯЮ1СЯ 1родолже 4ием сторо треуголь- 1ика и 1рисоединены к зажимам пггаю цей сети А, В, С, 5 через ветви ТК - РК. 17 19 тре- ую.чьника (обмотки) присоединен) к фаз- пым сет 1 е11осредстве(но. обмотк, С()ставляюпи е фодолже ие сторон ):1ьника (между зажимами 20 и 17, 21 и 18, 22 и 19, 23 и 26. 24 и 27, 25 и 28|, и обмотки, замк 1утые в греуго. (между зажимами 17 и 26,

18 27, 19 28), числу витков ОТ 10СЯТся друг к другу как (1+ 1ГЗ):1.

5Устройство работает о известному ,, потребляемая реактивная мощность зме яется пе 1рерывно () величине утем изменения регулирования (отпира- тиристорных ключей 2 4 i 5 7. Этим самым зменяются величины т(жов, пропе- KaK) через ком енсирую1дие реакторы 8 К) и II 13. Обесг ече 1е 12- 1ульсного преобразова1 ия Э ергии п( ся вект() диаграммам па 1ряжений на . 2 и 3, де на фи. 2 риведе а векг |( диа рамма а1 ряжений известного устро ства, еобходимая для остроения п пояснен 1я вектор}{ой диа раммы же) пред; агаемо о устройства (фиг. 3). С.оответс вуюпи е вектор 1 (отрезки 1ря- мы.ч) на 1ример. С,-.Л,, А,-В,, )а

0 фиг. 2 и 19-23, 17 24, 19-26, на фи. 3 по 1арно 1араллельны между собой. Таким образом, влияние устройства на питающую сегь такое же, как и в звест С)м, оно обес- ечивает 12- ульснь Й режим работы пре5 образ() энергии.

Подключение к каждо.му крайнему зажиму обмотки ФИАТ только одной ветви ТК РК обес ечивает уменыпе ие . ти ФИАТ в 1,28 раза.

В схеме регулятора ю фиг. 4 1ервич0 п,е обмогки 14 16 ФИ.ЛТ соединены между собсзй звездой и зажимами 17 19 юдк. почены еносредстве но к фаз- пьгм () С,В,А сеги ((jiHr. 4). ФИАТ 1 содержит две вто- трехфазные обмогки, первая из ко- своими 1 ачалами (зажимами 20-22) П()дк, 1 очена к началам Г ервич ой (зажимам 17 19) обмотк, образуя совместно с соединение со|-ласным

,(;u()i, a нт(рая нторнчная обмогка ФИЛ I своими нача.1ами (и1жимами 23- 25)к

началам (зажимам 17- 1У) и иернично обмотки, с)бра.)уя совместно с ней соединение «левым со| ласн1)1м зи1загом. Первая вторичная обмотка своими концами (зажимами 29 31 ) подключена к зажимам сети Л,В,С через первую группу ветвей ТК- РК (элементы 24 и 8-10), вторая вторичная обмотка ФИАТ своими концами (зажимами 26- 28) -- к фазным зажимам сети В,А,С через вторую грунну BciBeii ТК -РК (элементы 5 7 и 1I--13). Первая вторичная обмотка содержит д(Л1олните.1Ь- ные нромежуточиые зажимы 32 34, а вторая вторичная обмотка ФИАТ - дополнительные нромежутс чные зажимы 35 37, обеснечивак)Н1ие нодключение вегве(1 ТК -РК, соответствующее нижнем} (меньшему) уровню максима.тьной MOIIUIO ,:TH. На верхнем уровне мощности соединение всех э. ;емен1ов компенсатора COOTBCICI схеме на фиг. 4 и приведенному Bbinie описанию.

В схеме регу;1ятора реактивно мониюс- ти но фиг. 7 ФПАТ 1 содерл ит две вторичные трехфазные обмотки, первая из которых своими концами (зажимами 20 22) подключена к начала.м (зажимам 19, 17 и 18) первичной обмотки, образуя совместно с ней соединение «правым BCI речи1 ;м зигза1 ом, вторая вторичная обмшка i lLЛl СВСМ1МИ концами (зажимами 2л 2:ji под- к.тючена к пача.лам (зажимам 17 14) iiej)- вич1И)й обмотки, образуя совместно с ней соед 1непие «левым встречным /,иlзaгo 1. Начала фаз первой вторичной обмогки (з;- жимы 29--31) и начала фа вгорнч ной обмотки (зажимы 2) 28) через ветви ТК РК (соответственно через а;|емен1ы 11 и 15; 12 и 6; 13 и 7; 8 и 2; 9 и 3; 10 и 4) подключены к фазным зажимам питаюше) сети (соответственно к зажимам и. 1и uiHiiaM сети В.А,С, и А,С,В).

Формирование напряжений на зажимах алементов нагрузки (ветве) 1К PKl на глядно из векторной диаграммы, приведенной на фиг. 9. На фиг. 8 д;1я сравнения приведена векторная диаграмма напряжений при соединении обмоток ФНАТ (показано утолщенными линиями) при подключении ветвей ТК- РК (но линиям .Л, В, (, .Л, и Bj Cj Aj), как в известном устройстве, В структуре по фиг. 9 векторы 27-19; 26- 18; 28 17, ионарно параллельны векторам С, ,-, , А, В, , В., - С, на фиг. 8, а векторы 19 29, 18-31, 17 30 попарно параллельны векторам At- Bz. Вг С2 Сг -A,j на фиг. 8.

Паралле.тьность соответствующих векто ров напряжений в обеих схемах указывает на сохранение 12-пульспого эквивалентного режима преобразования энергии при pi-ализации aнaл)гичныx принципов (j4HKar;i; h рования этих устройств.

Усi :1Йство работает с,

оОр

0

5

0

5

0

Ток В11 Bii X ветвях Т К Г К путем изменения уг.юв oTnn|)ah.. nifuii юр- ных ключей 2- 4 и 5 7. Так как cHcic vi векторов напряжений на зажимах jie)BOH ipyrinbi ветвей ТК- повер.их га относительно векторов напряжени на зажимах второй ветвей ТК- РК ве1вей ТК РК на yi o, 5Г, й, то в фазах питающей сети .Л.В,С сумма()пые высших i а)м(1ник порядков 6() ( К 0.1.2.3...) в.а компенсируются, а ре ктпинь1е iiiKii ocHOBHoii гарл оники сум 1И ;ун тся. TaKoii |1ежим работы фазоимнч льснь1х реп лято- ров мощности любого характера нагрчзки (т.е. и в рассматриваемом с.чучас числи Н актинных эле н НТ1 н (чзс.тьет- эквивалентному 12-пуЛ|)СНом, апа- Л()| ичному (относито, 11иИ1 nHiak.aieit COTMI 11е/киму работы дь хм(.с1() 12-ф:мн1, п)еобразовате„те 1.

5ыбо) СООТПОПП.-ПИЯ ЧИСе,: i.HTKOB Ik p

и в торично обмоток Ф1 I 1 с ч;|ьет ствует соотношениям длин мХ векгос чв на ..ме (фии . 9). Эти же ве. Ч1чин1 1 ветстнуют отношениям )нжени11 на пер впчньгх I , и в торичных I 2 обмотках, гак/ке па1: 1яжснпям на .нажимах :),ieMeii ioB нагрузки Гц (на каждом из К(-м |1енси)ую тих реакторов 8 10 и 11 i.Sii|- n Г:олностьк1 1) г к 1 ьг1 ьгх тирисгорных к,К)чах 2 -1 ii ,5 7) В соответствии с векто)ными д|;а1 р.;-v M, (фиг. 9) выбирают l, II, - 0.4t)4 li Гц-Г, - 5 ---vTi l ,()35ii: 1. ЛАаксима,1ьные нан|1яже11пя на зажимах ветве11 ГК 1 К пракшчсскп идеально сог.часуются с (ежфазП1 1М напряжением 1титаю1цеГ1 сети (I „ 103,,. что не досги(ается в известном vcTpoiicTBe

Ноложите.тьной особенностью даппо|( схемы регулятора реактивно мониюсти яв,тяется возможность реализапни в Heii стуненчатого изменения максима, (ьного у)овпя .мощности на1 рузки путем подк,1К1- чепия ветвей ТК РК к другим точкам (за жимам) ФН.ЛТ. Для достиже1П(; :i(oi ( ne. ui в фазах первой и второй В1оричнь(х обмоток предусмотрены дополп((тельпые ажим|,| 32 ,34 и 35--37, ра.де. 1Я1опи1е -STH обмотки по чис,ту витков на две части с сосиконк- нием 2,8t)4:l. Как показано на ()иг. 9 nii чихами, ветви ТК РК на i4 ixiieii стлпени мопиюсти вк,тючены между краи(ими 21 Л и 26 28 и д()11о,тп(1те,1Ы) ii2 34 п 3.5 37 .зажимами втсфичных обмоток ФП.ЛТ. Ото шенне длин отрезков, ианример, coninei cTuyei увеличению нанряжения ((а (ажпмах зетвей ТК РК нри переходе па ве() .-тунень мощности. Это отнишемке раимп

1:1.25, тл . макснма. 1ьн;)я мощность НУ иерх- Hfii ступени возрастаег в 1,25 - 1,56 раза. -)то выбор оборудования авто- грансформаторно-тиристорныхрсгх.чяторов реактивной мощности и тем самым способствует повышению их конкурентоспособности, 6o:iee широкому распространению в ъ.тектрических сетях и системах .лектро- с на б/кепи и П)омын1ленных предприятий.

На фиг. 10 приведена принципиальная схема регулятора реактивной MoniHocTH. от,1ичаю1цегося от ре1у. 1ятора по фиг. 1 тем. что вгорые выводы вторичных обмот(.)К в каждой (})азе трехфазно О ФГ1АТ соединены между собой и соединены е неодноименными i()atavn первичной обмотки, которая соединена по схеме треугольника, при :П(т соот- попк ние чисел витков первичной и вторич- обмогок равно ( I i У)): 1 ,732:1.

Устройсгво работает по тому же П)ин- пипу. как и выше изложенные схемы по (||иг, 1, -} и 7. После.шее поясняется сраннс-- пнем векгорных диаграмм напряжений по {|)иг. 11 и 12. Векюры папряжени (огрезки

||рЯМЬ1Х .Л., В,, Л г Иг. В., С , , К Ci.

(, .,.( .Лг(фиг. 11) попарно параллель- п|,| еоогвегствуюпщм векторам 17 28. 27 18. 1« 29, 28 19, 19 :Ю, 26 17 (ijjnr. 12). Взаим |ая паралле-тьпость гих векго 1()В указ|)1вает на эквивалентное Г1 режимов П1)еоб)а.«)ва;1пя :1нергии смтюси- le.ibiio iiniaKinieii сети ()1Н1)П1епия длин ог- Н зков на векгорных диаг)аммах отвечают соогнон1ениям величин еоответствующпх пап|1яжепи11 и. ш чиее.1 витков соотвегствую- 1ПИ обмогок или секций обмотки Ф11АТ. На нижне ступени мощности ветви ТК К своими вторыми зажимами присое.чинеп к .lono.iHirre.ibHbiM промежуточным зажимам вторичных обмоток (к зажимам 32 34 в ne)Boii вторичной обмогке и к .зажимам 55 37 во Bropoii вторичной об.мотке).

Ile|)Bi)ie зажимы ветве11 ГК РК также как на верхней (6o. ibnioiO сгупени мониюс- 1и присоединены к вершинам 17 19 ipe- иольника |ервичиых обмоток ФП.ЛТ. Век- горь напряжений, приложенных к ветвям ТК РК на нижней ступени мопиюсти, по- каза1П)1 на фиг. 12 пггриховыми .тиниями. Так как векторы .32 17, 19 30. 34 19 и 18 37 и 27 18 и т.д. попарно napa. i. ie.ibiibi между собой, то и па нижне11 ступени мощности сохраняегся : квива:1ент- Hhiii 12-| ульсньп1 режим преобра; ования апер1ии. Огнощепие меныних из сравпивае- векторо к бо.тьп1им равно I:1.366i5, гаков диапа.ищ изменения максимал1,ного уровня напряжений при переходе с одной ступени на другую. .ощность Bei Beii ТК РК изменяется при этом нропорпио- на,1ьно квадрату изменения нанряжени. т.1 в 1,87 )аза.

Расп1ирение (ji во.змо.ж- ЦОС гей 12-пульс:1Ы гиристор|1о-реакго 1Н1 1х

регуляторов реактивной .мощности, обеспечение в них стуненчатого изменения уровня мощности в диапазоне, близком к 2:1, рас- щиряет область практического применения pel улируе.мых статически.х компенсаторов, повьппаег и конкурентоепособность.

Формула изобретения 1. РЧчулятор реактивной мощности, со- держан1ий две трехфазные группы ветвей,

Q ги П1сторный ключ реактор и трехфазный фазоповоротньи автотрар1С()Ор.матор с первичной и двумя вторичнь1ми обмотками, при Т( кажд1)|й первый вывод вторичных обмогок соединен с питающей сетью через отдельные ветви ги)исторны11 к.люч-реактор,

5 отличающийся тем, что. с целью снижения массогабаритных показателей авготранс- ф10)мато)а и обеспечения согласования у)овней напряжения щггающей сети и напряжения на : ажимах Haipy:iKH, каждая

Q фаза первичной обмотки соединена с соот- В1тствующим и фазами вгоричн1.1Х обмоток и между С(1б()й по схеме, обеспечивающей фа:(овый сдвиг между напряжениями нервич- ной и вторичных обмсггок и 11о.1к.1Н)чепа не- посредсгвенно к соогветствующе фазе пи5

гающеи сети, при том первичная и вторичные обмотки выполнены с заданньгм соотно- Н1ением чис.1а витков, зависящим от схемы соединения обмоток.

0

0

2. 1егулятор по ц. I, отличающийся тем.

тем, чго в каждо11 (|) обмотки т)ех(})азiioi o (j)a:toiioBopoTHoro авготранс(|)орма гора соедилк ны цос;1едовательно в очередности

ИТО)ОЙ вывод llepBoii вторично ()бМ1)ТКИ

11е)вичная обм.)тка вто)ой вывод второй

вго)ичной обмотки, при ВЫВОДЫ пер5 вично11 обмогки соединены но схеме .тьника, а соогноп1ение чисел витков нер--

впчной и вторичных обмоток равно (1 +v3): :1.

3.Регу,:1ятор по п. 1, отличакщийся тем, что гри первых вывода нервичной об.мотки

трех(||азного (j)a:i(jnoB()porHoi() авт(.)транс- ((юрмагора соединены между собой, второй вывод каждой фазы первично обмотки соединен с вторыми выводами неодноименных (})а: вторичных обмоток лого автотране- 5 (})орматора и с фазой сети, соответствующей 4)азе ne iBM4Hoi обмотки автотранс(||орма- го|)а, п|)и :пом соотношение чисел витков первичпо11 и вто)ичпых обмогок равно 1: : 0.464.

4.Регу;|ягор по п. 3, отличающийся тем, что пе)вичная и две вторичные обмотки г ре xij) аз но го (})а:и)П(.)воротного авготранс- ()мато)а (жлючены cor.iacHo.

5. егу:1ятор по п. 3,от.:1ичак)щийся тем, чго первичная и две вторичные обмотки

5 rpexijiiKfHoro фазоповорогно о автотрансформатора вк.1ючены между собой вегречно. . Регулятор но п. I, отличающийся тем, что BTopL)ie выводы вторичных 1)бмоток в каждой фазе трехфазпо Ч) фазощ.жорогиого

автотрансформатора соединены между со-схеме треугольника, при этом соотношение

бой и соединены с неодноименными фазамичисел витков первичной и вторичных обмоток

первичной обмотки, которая соединена но равно (1 + V):1.

74

75

Ф/y.J

Ai

78

фиг. 5

В,

26

JO

36

.6

Фиг. 8

77

18

.15 0

I

фиг. 7

i JJ 35J6

28

(риг. 9

Фиг.п

Фиг. ю

J5