Способ компенсации обменной мощности в электрической системе Советский патент 1989 года по МПК H01J3/18 

Изобретение относится к элекггго- энергетике и электротехнике, в частности к компенсации сдвига углов фаз между первыми и высшими гармониками тока и напряжения в общепромьшшенных и автономных электрических сетях с помощью статических вентильных компенсаторов.

Цель изобретения - повьш1ение точности компенсации при несинусоидальном напряжении источника питания.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Структурная схема содержит источник 1, нагрузку 2, фильтр 3, силовую часть компенсатора 4, венТили 5-8, дроссель 9, датчик напряжения 10,датчики тока 11,12, делитель 13-,интегра- .тор 14, схему 15 дискретизации с запоминанием отсчетов, умножитель 15, сумматор 17, датчик частоты 18,схему синхронизации 19, схему управления 20, сумматоры 21, 22, блок 23 запаздывания первого порядка, компаратор 24 с гистерезисом, формирователь 25 импульсов управления вентилями.

В устройстве, реализующем предлагаемый способ компенсации обменной мощности, включенном через выходной фильтр 3 параллельно источнику напряжения 1 и нагрузке 2, четьфе управляемых вентиля 5-8 включены по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель 9, а узлы второй диагонали подсоединены к входным за

315

жимам выходного фильтра 3, датчик напряжения включен параллельно источнику напряжения 1, два датчика тока 11, 12 включены соответственно последовательно с нагрузкой 2 и с выходными зажимами выходного фильтра 3,первый вход делителя 13 соединен с выходом первого датчика тока 11, а второй вход делителя 13 - с выходом дат чика напряжения 10, выход делителя 13 подключен к входу интегратора 14, выход которого через схему 15 диЬкрети- зации с запоминанием отсчетов подключен . к первому входу умножителя 16, у которого второй вход связан с выходом датчика напряжения 10, который также подключен к входу датчика частоты 18, выходная клемма датчика частоты 18 че рез схему синхронизации 19 связана с входом схемы управления 20, которая подключена к управляющим входам интег ратора 14 и схемы 15 дискретизации с запоминанием отсчетов, выходная клемма умножителя 16 подсоединена к неинвертирующему входу первого сумматора 17, инвертирующий вход которого подключен к выходу первого датчика тока 115 выход первого сумматора 17 связан с неинвертирующим входом второго сумматора 21, инвертирующий вход которого подключен к выходу второго датчика тока 12, неинвертирующий вход третьего cyMNjaTopa 22 связан с выходом второго сумматора 21, а выход третьего сумматора 22 через блок 23, запаздывания первого порядка подсоединен к входу компаратора 24 с гистерезисом, выход которого подключен к инвер тирующему входу третьего сумматора 22 и входу формирователя 25 импульсов управления вентилями, выходы формирователя 25 связаны с управляющими Электродами четырех управляемых вентилей 5-8 устройства.

Предлагаемый способ компенсации обменной мощности в системах с вентильными преобразователями позволяет учесть следующие особенности цепей с вентильными элементами:

1)на периоде Т работы системы имеются интервалы времени t°, когда генератор отключен от преобразователя;

2)интенсивность преобразования электромагнитной энергии в другие виды не постоянна;

3)большое число переключений вентилей на периоде работы;

s

0

5

0

5

4) существенные искажения токов и напряжений.

Для описания процесса компенсации рассмотрим эквивалентную схему, содержащую эквивалентные модели генератора напряжения e(t) и параллельно включенных нагрузки (мгновенная проводимость gH(t) iH(t)/e(t)) и компенсатора (мгновенная проводимость gj;(t) ie(t)/e(t))

Для того, чтобы ток генератора ip(t) совпадал по форме с напряжением e(t), то есть ir.(t)/e(t) const, необходимо, чтобы суммарная проводимость нагрузки и компенсатора была постоянна:

i,(t)/e(t) g«(t) + g(t)

(t) +

(I)

Д ец (t), BK(t) - постоянные, 6н,( Ь) et(( - переменные составляющие мгновенной проводимости соответственно нагрузки и компенсатора.

Если предположить, что компенсатор не потребляет активную мощность ((t) о), то для выполнения условия (1) необходимо выполнение следующих равенств:

т

RO 6н«( Ь) -™-J 5и()с1г; о

6R(t) gx(t) -gH(t)o

gH(t)

+ - ёк

йх() .const.

(2)

Ток компенсатора iK(t) равен i(t) e(t)g;,(t) e(t)(-g«(t)) e(t)(-g,(t)) + gj -iH(t) + + goe(t).(3)

Таким образом, если компенсатор гев систему ток i

(t).

опреденерирует

ляемый в соответствии с выражением (3), то потребляемый ток от генератора совпадает по форме с напряжением генератора при произвольном виде напряжения генератора.

Компенсация обменной мощности осуществляется в соответствии с алгоритмом,

I оОпределение длительности периода Т,

2,Измерение величин ijj(t) и e(t)o

3.Вычисление g, из выражения (2),

515257

4, Расчет тока компенсатора )

в соответствии с выражением (З).

5. Формирование тока iv;(t) с помощью модуляции сигнала дросселя си

i 5

ловой части компенсатора. Для отслеживания текущего значения тока компенсатора i(t) по отношению к опорному (эталонному) значению этого тока применена замкнутая система,регулирования.

Точность регулирования величины, генерируемой генератором мощности, достигается за счет использования в качестве параметров регулирования не интегральных характеристик, а мгновенных величин, что позволяет более оперативно менять опорный сигнал, уменьшать время отработки раз- личных типов возмущений и, как следствие, снизить погрешность определения текущих значений сигнала регулирования по сравнению с опорными (эталонными) сигналами,

Компенсация обменной мощности;в энергосистемах с вентильными преобразователями с помощью устройства, структурная схема которого приведена на чертеже, производится следующим образом,

С помощью датчиков напряжения 10 и тока 11, 12 осуществляется гальваническая развязка, согласование уровней сигналов энергетических цепей и измерительной части устройства, а также измерение мгновенных значений напряжения генератора e(t), тока нагрузки inC t) и текущее значение, тока компенсатора iKCt) на выходе фильтра 3, Выходное напряжение датчика 10 Ubbix/ t) пропорциональное измеряемому напряжению e(t)(Ug(,ix/ t) (t)), поступает на второй вход делителя 13, датчика частоты 18 и умножителя 16, На первый вход делителя 13 поступает выходное напряжение датчика 11 Ujbr)i(t) пропорциональное измеряемому току нагрузки (Ug,,j(t) oi i,iH(t)), которое также одновременно поступает на инвертирукщий вход сумматора 17, На- выходе делителя 13 в результате деления двух сигналов Uobixi ) ) будет сигнал, пропорциональный gH(t),

,.г 1 oi;, iK(t)

SH - к; оГ ш

Выходной сигнал с делителя 13 (бн поступает на вход интеграто

5

Q20 25

0

,- у , ., ), Q ,

55

35

716

ра 14, Начало и конец интегрирования интегратором 14 входного сигнала определяются импульсами управления со схемы управления 20, В результате интегрирования входного сигнала на выходе интегратора 14 имеем сигнал, пропорциональный величине 1 1

е j; 1Г р. ffUf

ЬО V- ф J

3 о

Когда интегрирование закончено, выход интегратора 14 подается на схе- му 5 дискретизации с запоминанием отсчетов, а затем выход интегратора сбрасывается в ноль. Выход схемы 15 дискретизации с запоминанием отсчетов остается постоянным (сигнал, пропорциональный g) в течение следующего периода частотного спектра. Моменты изменения выходного сигнала блока 15 задаются сигналами от схемы управления 20, Моменты выдачи управляющих импульсов схемой управления 20 (двух последовательностей импульсов, период повторения которых равен т) задаются схемой синхронизации 19, которая на основе информации с выхода датчика частоты 18 определяет период выходного напряжения генератора e(t)o

Поскольку на два входа умножителя

16поступают сигналы, пропорциональные величине g и e(t), то на выходе умножителя 16 формируется сигнал, пропорциональный произведению gpe(t), который поступает на инвертирующий вход сумматора 17, Если учесть, что на инвертцрзтощий вход сумматора 17 поступает сигнал,пропорциональный i(t), то на выходе сумматора имеется мгновенное опорное (эталонное) значение тока компенсатора i( t) (схемная реализация выражения (3))„

Сигнал с выхода первого сумматора

17поступает на неинвертирующий вход второго сумматора 21, на инвертир-ую- щий вход блока 21 поступает выходной сигнал с второго датчика тока 12 Ugyx3. пропорциональный измеряемому текущему току компенсатора

1к()тС1- выхъ( Ь) ) Выходной сигнал второго сумматора 21, пропорциональный величине

Aijt) iv:(t)o - iK(t)T,

поступает на неинвертирующий вход третьего сумматора 22, на инвертирую)чий вход которого поступает сигнал с зыхода компаратора 24 с гистерезисом,

а выходе сумматора 22 формируется :игнал, являющийся управляющим для формирователя 25 импульсов управления вентилями. Для осуществления

амкнутой системы управления током сомгГенсации выходнбй сигнал с третьео сумматора 22 поступает на вход 5лока 23 запаздывания первого порядка, передаточная функция которого эавна (k/(l + Т)), а из негр на вход компаратора 24 с гистерезисом, за сче релейной характеристики которого и эбратной связи на инвертирующий вход третьего сумматора 22 осуществляется 1епрерьшное отслеживание текущим током компаратора опорного значения i(t)5,n.

Для осуществления широтно-импульс- ной модуляции сигналы управления с блока 25 управляют работой четырех вентилей 5-8, включение которых по мостовой схеме позволяет сформироват мгновенную функцию тока компенсатора При прохождении этого сигнала через фильтр 3 из нее фильтруется гармонический сигнал, частота которого равна частоте модуляции выходного сигна ла.

Суммирование токов ln(t) и ixC t) в общем узле позволяет на выходе генератора получить ток ir(t), пропор- ционапьный напряжению e(t)o

Компенсация обменной мощности с помощью предложенного способа позволяет повысить эффективность работы I энергосистемы с вентильными преобраз ,вателямн за счет приближения формы :потребляемого тока генератора к его выходному напряжению Это позволит исключить многократные обменные процессы (перетоки энергии) между гене- ратором и потребителем в энергетических системах с преобразователями

и в конечном итоге дает возможность сократить сырьевые, материальные и людские ресурсы в отраслях широкого применения энергосистем с преобразователями.

Формула изобретения

Способ компенсации обменной мощноти в электрической системе, включающей в себя источник питания переменного тока, подключенную к нему через преобразователь нагрузку и компенсатор, согласно которому измеряют мгновенные значения напряжения источника питания, мгновенные значения тока нагрузки и компенсатора, интегрируют величину, зависящую от мгновенных значений тока нагрузки и напряжения источника питания на интервале времени, равном периоду напряжения ис- точника питания, запоминают значения интегратора на время интегрирования, опорные мгновенные значения Тока компенсатора сравнивают с мгновенными значениями измеренного тока компенсатора и Б зависимости от полученного отклонения изменяют мгновенные значения тока компенсатор а 5.- о т л и ч а ю- щ и и с я тем что, с целью nOBE.raie- ния точности компенсации при несину- соидапьном напряжении источника питания, для определения величины,зависящей от мгновенных значений тока нагрузки и напряжения источника питания делят мгновенные значения тока нагрузки на мгновенные значения напряжения источника питания, результат интегрирования умножают на. мгновенные значения напряжения источника питания, вычитают из полученного произведения измеренные мгновенные значения тока нагрузки и используют полученную разность в качестве опорных мгновенных значений тока компенсато- ра, .

if(i)

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности компенсации при несинусоидальном напряжении источника питания. Для этого компенсируют сдвиг фаз между первыми и высшими гармониками тока и напряжения за счет выделения из функций мгновенной проводимости нагрузки, подключенной к сети через преобразователь, постоянной и переменной составляющих. При этом компенсатором, включенным параллельно нагрузке, управляют таким образом, чтобы по отношению к своим входным зажимам компенсатор представлял нелинейный элемент, функция мгновенной проводимости которого соответствовала бы переменной составляющей функции мгновенной проводимости нагрузки с обратным знаком. 1 ил.