Устройство компенсации реактивной мощности в цепях с синусоидальными токами и переменной нагрузкой Советский патент 1990 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике.

Цель изобретения - повышение точности и эффективности компенсации мощности в цепях с меняющимся во времени характером нагрузки и колебаниями как частоты, так и амплитуды напряжения сети.

На фиг.1 приведена векторная диаграмма компенсации реактивной мощности в линейных цепях при синусоидальных токах и напряжениях; на фиг.2 - структурная схема устройства компенсации мощности в синусоидальных цепях.

Векторная диаграмма, приведенная на фиг.1, содержит представление в векторной форме составляющих полной мощности.

На схеме обозначены источник 1, дроссель 2, вентили- 3-6, фильтр 7, нагрузка 8, датчик 9 напряжения, датчики 10 и 11 тока, датчик 12 фазы, датчик 13 амплитуды тока, датчик 14 амплитуды напряжения, схема 15 вычисления синуса угла, схема 16 дискретизации с запоминанием отсчетов , схема J7 управления, схема 18 сдвига фазы напряжения на и/2. делитель 19, умножитель 20, замкнутая схема 21 управления по отклонению и формироваел

СП

1

с& к

00

3155

22 импульсов управления вентиля

тель ми.

В устройстве компенсации мощности в синусоидальных цепях, изображенном на фиг.2 и включенном параллельно источнику 1 синусоидального напряжения и нагрузке 8, четыре управляемых вентиля 3-6 включены по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дрос сель 2, а уэлы второй диагонали через выходной фильтр 7 подсоединены параллельно источнику 1 напряжения, и нагрузке 8, датчик 9 напряжения включен параллельно источнику 1 напряжения, первый датчик 10 тока включен после- дователънр с выходными зажимами фильтра 7, а второй датчик 11 - последовательно с нагрузкой, управляющий вход схемы 1 б дискретизации с запоминанием отсчетов соединен с выходом схемы 17 управления, вход которой с вязан с выходом датчика 9 напряжения, выход схемы 16 дискретизации с запоминанием отсчетов подключен к первому входу умножителя 20, выход которого связан с первым вхбдом замкнутой схемы 21 управления по отклонению, у которой второй вход подключен к выходу первого датчика 10 тока, а выход - к входу формирователя 22 импульсов управления вентилями, выходы которого связаны с управляющими электродами четырех управляемых вентилей 3-6, датчик 13 амплитуды тока своим входом соединен с выходом второго датчика 11 тока, а своим выходом - с вторым входом умножителя 20, третий вход которого связан с выходом делителя 19, первый вход датчика 12 фазы подключен к выходу датчика 9 напряжения, а второй вход к выходу второго датчика 11 тока, выход датчика 12 фазы соединен с входом схемы J5 вычисления синуса угла, выход которой связан с входом схемы 16 дискретизации с запоминанием отсчетов, первый вход делителя J 9 соединен с выходом схемы J8 сдвига фазы напряжения на ft/2, вход которой связан с вы- ходом датчика 9 напряжения, а второй вход делителя J 9 подключен к выходу датчика 14 амплитуды напряжения, вход которого соединен с выходом датчика 9 напряжения.

Форма тока, потребляемого от генератора, должна быть синусоидальной и совпадающей по фазе с напряжением генератора.

Для описания процесса компенсаций мощности в. синусоидальных цепях рассмотрим параллельное соединение эквивалентных моделей генератора синусоидального напряжения er(t), устройства компенсации реактивной мощности и нагрузки.

Пусть er(t)« EMsincЈt;

iwCt) ми sin (U Ь+Ч1), (О где - амплитуда напряжения генератора, которая может колебаться относительно своего постоянного значения;

СО var - изменяющаяся в общем случае частота напряжения сети}

мн

амплитуда тока в на

грузке;

(f var - угол сдвига фазы тока в нагрузке относительно напряжения генератора, который может изменяться и быть как положительным (емкостный характер нагрузки), так и отрицательным (индуктивная нагрузка), тогда совпадающий по фазе с напряжением ток генератора должен иметь вид

ir(t) IMrsincOt,(2)

где, IMr амплитуда тока генератора. Запишем значения мгновенной мощности в сечениях генератор - компенсатор и компенсатор - нагрузка

P«4(t) er(t).ir(t)

E«IMrsin «tJ

(3)

Pa.2(t) er(t)-ЈH(t)

EwlMH ЈcogCf..cos(2cot + 4O, (4)

Найдем значения активной мощности в этих сечениях по выражениям (3) и

(4):

v

(5)

M-i j P,.f (t)dt-S

«-Ґ J VrCOdt-lflbacoecj

Компенсация мощности в такой синусоидальной цепи наиболее эффективна только в случае, когда компенсатор не потребляет активной мощности, т.е.г

Р гк

J Т

1 PiCOdt-i J pw(

«-( dt О.

(7)

С учетом (5) и (6) услопие (7) нринимает вид

Рк -21 т-м« coscf О

или

мг A«rt

(8)

Зная условие (8), определим необходимый вид тока компенсатора iK(t) при котором ток генератора имеет вид (2):

iK(t)ir(t)-iH(t)IMrsinCOt. IMMsin(cat+Lf)IVHcos4l sin cot )sinCJt cosCf-I Mi,cosUt sinlf

f -IMH sinqi cos CO t IMHsinq sin(wt+s)

(9)

Алгоритм, в соответствии с которым осуществляется компенсация мощности, заключается в следующем:

1,определение длительности периода Т;

2,измерение величин Ur(t) и

3.определение величины if;

4.расчет тока компенсатора ilt(t)on в соответствии с выражением (9);

50 формирование тока iK(t)on с помощью модуляции сигнала дросселя силовой части компенсатора, для отслеживания текущего значения тока компенсатора : K(t)T по отношению к опорному (эталонному) значению тока приме нена замкнутая система регулирования Точность регулирования величины генерируемой генераторами энергии достигается за счет использования в ка- честве параметров регулирования не интегральных характеристик, а мгновенных величин, что позволяет более оперативно менять опорный сигнал, уменьшать время отработки различных типов возмущений и, как следствие, снизить погрешность определения текущих значений сигнала регулирования по сравнению с опорными (эталонными) сигна лами.

Повышение экономичности генерирования энергии генераторами в синусоидальных цепях достигается за счет устранения перетоков энергии по ям связи, что в известных системах приводит к увеличению потерь электро- энергии и ухудшению режимов работы генераторов, и в,итоге к возрастанию затрат первичных энергоресурсов.

)

-355 76286

Компенсация мощности в синусоидальных цепях с переменной нагрузкой с помощью предлагаемого устройства, структурная схема которого приведена на фиг.2, производится следующим образом,

С помощью датчиков 9-11 напряжения и тока осуществляется гальваническая

Ю развязка, согласование уровней сигналов энергетических цепей и измерительной части устройства, а также измерение мгновенных значений напряжения генератора Ur(t), текущего значения тока компенсатора iK(t)T на выходе фильтра 7 и значения тока нагрузки iH(t). Выходное напряжение датчика 9 напряжения 1 вш,(О , пропорциональное измеряемому напряжению ITr(t) tt ewxiCt) u. Ur(t)), где oiu - коэффициент пропорциональности, поступает на входы датчика 14 амплитуды напряжения, схемы 17 управления, схемы 18 сдвига фазы напряжения на 90ff и вто25 рой вход датчика 12 фазы. Выходное напряжение первого датчика 10 тока U8bua(t) , пропорциональное выходному току первого фильтра 7, поступает на вход замкнутой схемы 21 управления по

30 отклонению0

15

20

Нл первый вход датчика 12 фазы по-; ступает выходное напряжение второго датчика 11 тока tjsbu-}(t), пропорциональное измеряемому току нагрузки 8 ) iy j2-iH(t) , где oil - коэффициент пропорциональности ) которое также одновременно поступает на вход датчика 13 амплитуды тока. На выходе датчика 12 фазы присутствует сигнал, пропорциональный углу сдвига фазы q тока з нагрузке 8 относи ель- но напряжения генератора. Схема 15 вычисления синуса угла по выходному сигналу датчика 12 фазы формирует сигнал, пропорциональный sincp , который поступает на схему 16 дискретизации с запоминанием отсчетов и запоминается в ней на время, необходимое для вычислений блоками 14, 18 и 19. Работа схемы 16 дискретизации с запоминанием отсчетов осуществляется под управлением блока 17, ее выход поступает на вход умножителя 20, на другой вход которого подается сигнал с выхода датчика 13 амплитуды тока, пропорциональный амплитуде тока нагрузки 1МН, а на третий - сигнал с выхода делителя 19, пропорциональный

начению sin ($t+ ). 3fOT сигнал ормируется делителем 19 путем деле.1557628

то жа вк ну се вы ма не чи чи че ма дл му сч за вы ни ду с р в в ф в у р щ н с в б н ч а в ф п с т з д к х д в р в в п в

ния сигнала, пропорциошшьного

и поступающего с

fr.

EMsin( C0t+ )

18 сдвига фазы напряжения на , на сигнал, пропорциональный Е|

т.е. опорный который по

схемы 90%

и поступающий с выхода датчика 14 амплитуды напряжения. Таким образом, с учетом коэффициентов пропорциональности на выходе умножителя 20 формируется сигнал, пропорциональный

1Г

sin fat + 3)1 ток компенсатора i,((t)on , дается на вход замкнутой„схемы 21 управления по отклонению, отслеживающей мгновенные значения опорного тока компенсатора,

Для осуществления широтно-импульс- н.ой модуляции сигналы управления с блока 22 управляют работой четырех вентилей 3-6, включение которых по мостовой схеме позволяет сформировать мгновенную функцию тока компенсатора При прохождении этого сигнала через выходной фильтр 7 из него фильтруется гармонический сигнал, частота которого равна частоте модуляции выходного сигнала.

Суммирование токов iH(t) и ) в общем узле-позволяет на выходе генератора 1 получить синусоидальный ток ir(t), совпадающий по фазе с синусо- идальным напряжением Ur(t).

Компенсация реактивной мощности в цепях синусоидального тока с помощью предлагаемого устройства позволяет повысить точность и эффективность управления работой энергосистемы с вентильными преобразователями за счет приближения фазы синусоидального тока генератора :к его выходному напряжению Использование таких устройств приво- дит к повышению эффективности энергопотребления в системах электропитания исключению многократных обменных процессов (перетоков энергии) между генераторами и потребителями и в резуль тате к сокращению сырьевых, материальных ресурсов при применении электросистем с вентильными преобразователямиФормула -изобр

е т е н и я

Устройство компенсации реактивной мощности в цепях с синусоидальными

8

0

s

5

0

0

5

45 50

40

55

токами и переменной нагрузкой, содержащее четыре управляемых вентиля, включенных по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель, а узлы второй диагонали через выходной фильтр подсоединены к зажимам для подключения параллельно генератору напряжения и нагрузке, датчик напряжения генератора, два датчика тока, первый из которых включен последовательно с выходными зажимами фильтра, а второй предназначен для подключения в цепь нагрузки, схему дискретизации с запоминанием отсчетов, управляющий вход которой связан с выходом датчика напряжения, выход схемы дискретизации с запоминанием отсчетов подключен к первому входу умножителя, выход которого связан с первым входом замкнутой схемы управления по отклонению, у которой второй вход подключен к выходу первого датчика тока, а выход - к входу формирователя импульсов управления вентилями, выходы которого связаны с управляющими электродами четырех управляемых вентилей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и эффективности компенсации мощности в цепях с меняющимся во времени характером нагрузки и колебаниями как частоты, так и амплитуды напряжения сети, в него введены датчик амплитуды напряжения, датчик амплитуды тока, датчик фазы, схема вычисления синуса угла, схема сдвига фазы напряжения на If/2, делитель, причем вход датчика амплитуды тока соединен с выходом второго датчика тока, а его выход - с вторым входом умножителя, третий вход которого связан с выходом делителя, первый вход датчика фаз подключен к выходу датчика напряжения, а второй вход - к выходу второго датчика тока, выход датчика фазы соединен с входом схемы вычисления синуса угла, выход которой связан с входом схемы дискретизации с запоминанием отсчетов, первый вход делителя соединен с выходом схемы сдвига фазы напряжения на «/2, вход которой связан с выходом датчика напряженияs а второй лход делителя подключен к выходу датчика амплитуды напряжения, вход которого соединен с выходом датчика напряжения.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности и эффективности компенсации мощности в цепях с меняющимися во времени характером нагрузки и колебаниями как частоты, так и амплитуды напряжения сети. Для этого в устройстве с помощью компенсатора, содержащего дроссель, включенный в диагональ мостовой схемы с управляемыми вентилями, формируется компенсирующий ток. Условием формирования компенсирующего тока является отсутствие потребления активной мощности компенсатором. Компенсирующий ток формируется в зависимости от амплитудных значений тока нагрузки и напряжения генератора. 2 ил.

Составитель К.Фотина Редактор А.Огар Техред А.КравчукКорректор О Кравцова ,

Заказ 721

Тираж 414

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород,-ул. Гагарина, 101

; Фи.

Подписное