Способ компенсации обменной и реактивной мощности Советский патент 1989 года по МПК H02J3/18 

J

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, в част ности к компенсации реактивных нагрузок в общепромышленных и автономных электрических сетях с помощью статических вентильных компенсаторов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при регулировании реактивной мощности в цепях с несинусандальными формами токов и напряжений.

На чертеже изображена структурная схема устройства компенсации, реализующего предлагаемый способ.

Структурная схема компенсатора содержит генератор 1, потребитель 2, датчик 3 напряжения, датчик 4 тока,

блоки выделения нулевых значений напряжения 5 и тока 6, умножитель 7, вычислитель 8, блок 9 вычитания, источник 10 опорного напряжения, формирователь 11 импульсов, ключевые элементы 12-15, накопитель 16.

Способ компенсации обменной и реактивной мощности заключается в следующем .

При компенсации обменной и реактивной мощности в соответствии с предлагаемым способом компенсация осуществляется с помощью устройства, подключаемого параллельно потребителю таким образом, чтобы между генератором, с одной стороны, и компенсато- ром и потребителем, с другой, отсутствовал или был сведен к минимуму обмен энергией, т.е. подсистема, состоящая из компенсатора и потребителя, должна потреблять от генератора либо только активную энергию, либо обменная энергия в сечении генератор - компенсатор и потребитель сводится к фиксированной величине.

Широкое использование вентильных преобразователей в энергосистемах и системах электропитания приводит к существенным искажениям токов и нэп- ряжений питающей сети, что значительно усложняет работу как других потребителей, так и генераторов электромагнитной энергии. Разработка способов компенсации реактивной мощности, основанных на реальных, физических процессах в системе с вентильными преобразователями, позволяющих учест генерацию и потребление реактивной мощности не только на основной, но и на высших гармониках сигнала и описываемых достаточно простыми ин-г тегральными соотношениями, в цепях с несинусоидальными токами и напряжениями является важным и актуальным

СпоБоб компенсации реактивной мощности целесообразно создать на основе определения реактивной мощности в соответствии с обменными процессами в схеме. Тогда реактивная мощность определяется по обменной энергии, т.е. энергии, накопленной в реактивных элементах на интервалах, когда происходит передача энергии от генератора в потребитель (t), либо на интервалах, когда осутствует возврат энергии в генератор (t + t°). Обменные энергии Мэ& , WoM , W06a и реактивные мощ

ности О, Of, Q при предположении постоянной интенсивности преобразования электромагнитной энергии в другие виды вычисляются по формулам

W D6 - (1) W 06, P(t + .t°) - (2)

W

Of, 1

P t - P (t + t°); (3)

5 0 5

0 с 0 $

0

5

и Јttoe. 0 «XojH.

Ч т Ч 1 т 2 T

(4)

где P - среднее за перид значение положительной мгновенной мощности;

Р - среднее за период значение отрицательной мгновенной мощности;

t - сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность положительная; t - сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность отрицательная; t° - сумма интервалов времени, на которых элементы системы отключены друг от друга; Т - период кривой мгновенной

мощности; Т t + t° + t. Если обменная мощность W oe характеризует обменные процессы в системе при отсутствии интервала t°, тогда как сощности W 55, , W ос характеризуют соответственно обменные процессы со стороны генератора или потребителя. Выбор типа компенсирующей обменной энергии и реактивной мощности (выражения (1) - (4)) зависит от режима работы системы и требований, предъявляемых к компенсации энергии. Компенсация обменных энергий W og, W of, , Wo6i и соответствующих им реактивных мощностей Q, О ,, О г производится идентично. Рассмотрим компенсацию величин W 66 и 0 (выражения (1), (4)).

Для определения интегральных характеристик при компенсации вначале требуется измерить мгновенные значения тока потребителя i(t) и напряжения генератора U(t). По полученным функциям i(t) и U(t) вычисляют мгновенные значения мощности (P(t) U(t)i(t). Интегрируют функцию

5Г

мгновенной мощности Р(г) на протяжении интервалов времени tr и t , со- ответветствующих положительным и отрицательным значениям мгновенной мощности. При этом -запоминают усредненные сигналы Р+ и Р, соответствующие результату интегрирования, и хранят запомненные значения сигнало на протяжении интервалов интегрирования. Сами интервалы времени tf и t, соответствующие положительным и отрицатльным значениям мгновенной мощности, определяются по моментам перехода через ноль напряжения и .тока.

Далее производится вычисление обменной энергии W 06 по формуле (1), как разность запомненных сигналов на протяжении интервалов интегрирования. Реактивную мощность О определяют по формуле (4) за период кривой мгновенной мощности. Вычисленные интегральные величины сравниваются с эталонными и получают значения 4W об W06 w OB но 0; л Q Q Q ном 7 0. В частном случае

ее HOW

О, Q

мо«

0.

Если О ов ко/и (Q нол,) 2 0, то -производится частичная компенсация обменной (реактивной) мощности; если w ОБ ном WHO) ° то производится полная компенсация обменной (реактивной) мощности. Для полной или частичной компенсации обменной и реактивной мощности необходимо использовать накопительный элемент, который на интервалах отрицательной мгновенной мощности на зажимах потребителя принимает энергию от потребителя и на интервалах положительной мгновенной мощности на зажимах потре-- бителя отдает энергию потребителю. В накопителе должны быть предусмотрены меры, исключающие потребление энергии от генераторов. Длительность включения накопителя в режимах потребления или генерирования электромагнитной энергии определяется значением ДЫор, скоростью заряда и разряда накопителя. Следовательно, в соответствии со способом компенсации запасают энергию на интервалах отрицательной мгновенной мощности и возвращают накопительную энергию на интервалах положительной мгновенной мощности потребителя.

8001 4б

В чагтьом случае можно положить

t + Ч..Р

P3«p(t)dt ГЭ-РСР L з.р awo6;

: из

Ю с„м +-t Р05р

S PPa(t)

cp pasp fl 06

MPS

5

0

5

0

5

0

5

0

5

p,.,

pa эр

где tpj (t мрэ) - нремя начала заряда (разряда) накопителя;

t,.(t D«5p) длительность времени

3 р/ N

заряда (разряда; накопителя ;

(t) - мгновенная мощность заряда (разряда) накопителя;

рзо.Р ср (Рроэре) средние значения мощности заряда (разряда) накопителя.

Для улучшения гармонического состава тока и напряжения необходимо изменять моменты времени t Hi и t иРЗ, выбор которых определяется конкретным типом потребителя и генератора. При этом интервалы t3ap и t pa5p могут состоять из нескольких подин- тервалов, не связанных между собой. Устранение или уменьшение потребляемой энергии генератором приводит к тому, что гармонический состав токов и напряжений в энергосистеме электропитания улучшается.

Изобретение иллюстрируется следующим примером выполнения устройства, приведенного на чертеже и реализующего предлагаемый способ компенсации обменной и реактивной мощности.

В сечение системы, содержащей генератор 1 и потребитель 2, включены датчики напряжения 3 и тока 4 предлагаемого устройства компенсации.

Введенные датчики 3 и 4 осуществляют гальваническую развязку, согласование уровней энергетических цепей и измерительной части устройства, а также мгновенные значения напряжения U6x(t) и тока i g)(t) на входе потребителя 2. Выходное напряжение датчика 3 U „,.„ (t) , пропорциональное

f/

измеряемому напряжению (Uewx} (t) °Uи et (О) и датчика 4 U Bb|X4(t),

пропорциональное измеряемому току

(U BHxttt) Л; поступают соответственно на входы блоков выде- ления нулевых значений напряжения 5 и тока 6. Сигналы с выходов датчиков также поступают на вход умножителя 7, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный мгновенной

мощности Р (t) о(4 МЬУ) A i ь/с)« Выходной сигнал умножителя 7 поступает в вычислитель 8, который программным путем реализует вычисление обменной энергии по формуле (1). Если необходимо осуществлять компенсацию обменных энергий W 06, , W 061 , то вычислитель 8 реализует вычисление программным путем по выражениям (2) и (3). Сигнал с выхода вычислителя 8 подается на неинвертирующий вход блока 9 вычитания, на инвертирующий вход которого поступает сигнал, пропорциональный W 06 пй# (в частном случае при W 06 ном 0 величина данного сигнала равна нулю). Величи- на сигнала, пропорционального W06 НОЛ1 , устанавливается с помощью источника 10 регулируемого напряжения.

Сигнал с выхода блока 9 вычитания dWe6 поступает на один из входов фор- мирователя 11 импульсов, на два других входа формирователя 11 импульсов поступают выходные сигналы блоков выделения нулевых значений напряжения 5 и тока 6 .

В соответствии с поступившей ин- формацией на входы формирователя 11 импульсов, а также информации о величинах tW3, t3ap, tMps , t ро19р , вводимых заранее в блок 11, а также зависящих от типа потребителя 2, накопителя 16 и возможных режимах работы потребителя 2, на выходах формирователя 11 импульсов формируются управляющие сигналы для полностю уп- равняемых ключевых элементов 12-15. Ключевые элементы 12-15 по сигналам блока 11 управляют режимом работы накопителя 16, который, в частном -случае, относительно своих выходных

зажимов может быть представлен генератором тока. В соответствии с состоянием ключевых элементов 12-15 накопитель 16 либо накапливает энергию (ключевые элементы 12, 15 в проводящем состоянии,13, 14 в непроводящем состоянии), либо отдает энергию в потребитель (ключевые элементы 13, 14 в проводящем состоянии, 12, 15 в непроводящем состоянии).

Формула изобретения

Способ компенсации обменной и реактивной мощности, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока потребителя, мгновенные значения напряжения генератора, перемножают мгновенные значения тока и напряжения, определяют значение мгновенной мощности, интегрируют произведение этих сигналов на протяжении интервалов времени, соответствующих положительным и отрицательным значениям мгновенной мощности, запоминают усредненный сигнал, соответствующий результату интегрирования, хранят запомненные значения сигналов на протяжении интервалов интегрирования, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при регулировании реактивной мощности в цепя с несинусоидальными формами токов и напряжений, интервалы времени, соот- ствующие отрицательным и положительным значениям мгновенной мощности определяют по моментам перехода

через ноль напряжения и тока, определяют величину обменной энергии как разность запомненных сигналов на протяжении интервалов интегрирования определяют реактивную мощность за период кривой мгновенной мощности, запасают энергию на интервалах отрицательной мгновенной мощности и возвращают накопленную энергию на интервалах положительной мгновенной мощности потребителя.

Изобретение относится к области электроэнергетики и электротехники. Цель - расширение функциональных возможностей при регулировании реактивной мощности в цепях с несинусоидальными формами токов и напряжений. При компенсации обменной и реактивной мощности параллельно потребителю подключается компенсатор таким образом, чтобы между генератором, с одной стороны, и компенсатором и потребителем, с другой, отсутствовал или был сведен к минимуму обмен энергией, т.е. подсистема, состоящая из компенсатора и потребителя, должна потреблять от генератора либо только активную энергию, либо обменная энергия в сечении генератор - компенсатор и потребитель сводится к фиксированной величине. Реактивная мощность определяется по обменной энергии, т.е. энергии, накопленной в реактивных элементах на интервалах, когда происходит передача от генератора в потребитель, либо на интервалах, когда отсутствует возврат в генератор. Обменные энергия и реактивные мощности при предположении постоянной интенсивности преобразователя электромагнитной энергии в другие виды вычисляются по формулам, приведенным в описании изобретения. Выбор типа компенсируемой обменной энергии и реактивной мощности зависит от режима работы системы и требований, предъявляемых к компенсации энергии. 1 ил.