Способ компенсации обменной мощности в электрической системе Советский патент 1990 года по МПК H02J3/18 

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

Цель изобретения - повышение КПД, у.меньшение действующего значения тока и установленной мощности электротехнического оборудования.

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 10 напряжения, датчики И -12 тока, умножитель 13, интегратор 14, запоминающее устройство 15, умножитель 16, датчик 17 частоты, схему 18 синхронизации, схему 19 управления, сумматоры 20, 21, блок 22 запаздывания первого порядка, компаратор 23 с

гистерезисом, формироватеть 24 импульсов управления вентилями.

В устройстве, реализующем предлагаемый способ компенсации обменной мощности, включенном через выходной фильтр 3 параллельно источнику 1 напряжения и нагрузке 2, четыре управляемых вентиля 5-8 включены по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель 9, а узлы второй диагонали подсоединены к входным зажимам выходного фильтра 3, датчик 10 напряжения включен параллельно источнику 1 напряжения, два датчика II, 12 тока включены последовательно с нагрузкой 2 и с выходными зажимами выходного фильтра 3 соответственно, первый вход умножителя 13 соединен с первым выходом датчика 10 напряжения, второй вход умножителя 13 соединен с первым выходом датчика 11 тока, выход умножителя 13 подключен к входу интегратора 14, выход которого соединен с третьим входом запоминающего устройства 15, первый ji второй входы которого подсоединены соответственно к второму выходу

05

о г

о

4 4;:

датчика 11 тока и второму выходу датчика 10 напряжения, выход запоминающего устройства 15 соединен с первым входом умножителя 16, второй вход которого соединен с первым выходом датчика 10 напряжения, а выход подключен к неинвертирующему входу первого сумматора 20, инвертирующий вход сумматора 20 соединен с выходом датчика 12 тока, вход датчика 17 частоты подключен к первому выходу датчика 10 напряжения, а выход через схему 18 синхронизации связан с входом схемы 19 управления, выходы которой подключены к управляющим входам интегратора 14 и запоминающего устройства 15, неинвертирующии вход второго сумматора 21 связан с выходом первого сумматора 20, а выход второго сумматора 21 через блок 22 запаздывания первого порядка подключен к входу компаратора 26 с гистерезисом, выход которого соединен с инвертирующим входом второго сумматора 21 и входом формирователя 24 импульсов управления вентилями, выходы формирователя импульсов управления вентилями связаны с управляющими электродам и четырех управляемых вентилей 5-8 устрои Предлагаемый способ компенсации обменной мощности в системах с вентильными преобразователями позволяет учесть спедующие особенности цепей с вентильными элементами: высокую частоту переключения вентилей, превышающую частоту п итаю- щего напряжения на элементах преооразо- вателя, неравномерную интенсивность потребления энергии.

Для описания процесса компенсации рассмотрим эквивалентную схему, содержащую эквивалентные модели генератора напряжения e(t) и параллельно включеннь1х агруз- ки (мгновенная проводимость ) )/ /e(t)) и компенсатора (мгновенная проводимость gft(t)it(t)/e(t)).

Действующее значение тока генератора i (t) являющегося суммой токов нагрузки L (t) и компенсатора (t), будет минимально если ток i.(t) совпадает по форме с напряжением e(t), то есть мгновенная проводимость генератора

) ir(t)/e(t)const.(1)

Так как g.{t)gH (t)+gnt), то с помощью соответствующего выбора функции gb(t) можно добиться выполнения условия (1), при этом требуемый ток компенсатора определится выражением

i,(t)g,(t)e{t).(2)

Вид функции мгновенной проводимости компенсатора определяется заранее для конкретных типов нагрузки из решения вариационной изопериметрической задачи заносится в запоминающее устр ойство. Выбор конкретной функциональной зависимост ff(t) из запоминающего устройства осуществляется на основании значений активной мощности Р, потребляемой нагрузкой

,

действующего значения Ig тока нагрузки и действующего значения Ug напряжения генератора.

Формирование тока компенсатора по заранее рассчитанным функциям gft(t) позво- пяет осуществлять компенсацию как в уста- новивщихся, так и в переходных режимах работы электрических систем, при этом минимизируется действующее значение тока генератора, повыщается коэффициент полезно0 го действия и уменьшается установленная мощность электротехнического оборудова Алгоритм, в соответствии с которым осуществляется компенсация обменной мощнос- 5 ти заключается в следующем.

l. Расчет функциональных зависимое / i

2 Занесение функциональных зависимостей g(t) в запоминающее устройство.

3 Определение величин Ig, U,, Р и выбор 2° на их основе требуемой функции g(t).

4. Вычисление тока компенсатора в соответствии с выражением (2).

5 Формирование тока k(i} путем моду- пяции сигнала дросселя силовой части ком- 94 пенсатора. Для отслеживания текущего зна- чения тока компенсатора u(t) по отношению к опорному (эталонному) значению этого тока применена замкнутая система регулиро компенсация обменной мощности в энер- 30 госистемах с вентильными преобразова еля- ми с помощью предлагаемого устройства, структурная схема которого приведена на чертеже осуществляется следующим образом.

35 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 if(t), текущего значения тока компенсатора i(tV на выходе фильтра 3 и действующих значений напряжения e(t) и тока 1н(1). Выходное напряжение датчика 10 Ь выхЛ), пропорциональное измеренному на- 45 пряжению e(t) (, (t)a.e(t), поступает на входы первого умножителя 13, второго умножителя 16, датчика 17 частоты. Выходной сигнал датчика 10 напряжения, пропорциональный действующему значению Ug напряжения e(t), поступает на второй вход за- 50 поминающего устройства 15.

Выходное напряжение первого датчика 11 тока ивых2(1), пропорциональное измеряемому мгновенному току нагрузки 1„(1) /у,ь,х2(1)аг1„(1)), поступает на второй вход умножителя 13. Выходной сигнал перво- 55 го датчика 11 тока, пропорциональный действующему значению g тока нагрузки, по-, ступает на первый вход запоминающего устройства 15.

На выходе первого умножителя 13 в результате перемножения двух сигналов ивых,(1) ми UBb,x2(t) появляется сигнал Ueuxsit), пропорциональный мгновенной мощности p(t)e(t) „(1) (UB«x3(t)a,(t)X Х1н(0)- Выходной сигнал первого умножителя 13 поступает ка вход интегратора 14. Начало и конец интегрирования интегратором 14 входного сигнала определяются импульсами управления со схемы 19 управления. В результате интегрирования входного сигнала на выходе интегратора 14 имеем сигнал, пропорциональный активной (средней за период) мощности Р, потребляемой нагрузкой:

p lSp(t)dt.

о

Когда интегрирование закончено, в соответ ствии с управляющим сигналом со схемы 19 управления сигнал с выхода интегратора 14 поступает на третий вход запоминающего устройства 15.

В запоминающем устройстве 15 по сигналам, пропорциональным величинам Р, Ug и Ig, происходит выбор оптимальной для данного режима работы системы функциональной зависимости §(). Оптимальные значения функции gfc(t) по сигналам управления со схемы 19 управления поступают на первый вход умножителя 16. В процессе работы при изменении значений Р, Ug и Ig происходит выбор новой функциональной зависимости g)(:{t). Моменты изменения выходного сигнала блока 15 задаются сигналами от схемы 19 управления. Моменты выдачи управляющих импульсов схемой 19 управления (двух последовательностей импульсов, период повторения которых равен Т) задаются схемой 18 синхронизации,которая на основе информации с выхода датчика 17 частоты определяет период выходного напряжения генератора e(t).

На выходе умножителя 16 формируется сигнал i«(t)on, пропорциональный произведению g(t)e(t), который является опорным (эталонным) значением тока компенсатора.

Сигнал с выхода умножителя 16 поступает на неинвертирующий вход первого сумматора 20, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с второго датчика 12 тока Uebix4(t), пропорциональный измеряемому текущему току компенсатора i(t) (UBux4(t) а,-2 i(t)). Выходной сигнал сумматора 20, пропорциональный величине Aift(t) it(t)(t), поступает на неинвертирующий вход второго сумматора 21, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с выхода компаратора 23 с гистерезисом. На выходе сумматора 21 формируется сигнал, являющийся управляющим для формирования импульсов управления вентилями 24. Для осуществления замкнутой системы управления током компенсатора выходной сигнал с второго сумматора 21 поступает на вход блока 22 запаздывания первого порядка, передаточная функция которого равна K/(+Tj), а с выхода блока 22 запаздывания первого порядка - на

вход компаратора 23 с гистерезисом, за счет релейной характеристики которого и обратной связи на инвертирующий вход второго сумматора 21 осуществляется непрерывное отслеживание текущим током компаратора k{i)r опорного значения it(t)on.

Для осуществления щиротно-импульсной модуляции сигнп.:1ы управления с блока 24 управляют работой четырех вентилей 5-8, включение которых по мостовой схеме позволяет сформировать мгновенную функцию

5 тока компенсатора. При прохождении этого сигнала через фильтр 3 из нее фильтруется гармонический сигнал, частота которого равна частоте модуляции выходного сигнала.

Суммирование токов i«(t) и i(t) в об0 щем узле позволяет на выходе генератора 1 получить ток ir(t), пропорциональный напряжению e(t).

Компенсация обменной мощности с помощью предложенного способа позволяет по5 высить эффективность работы энергосистемы с преобразователями за счет снижения действующего значения тока генератора, повышения КПД и уменьшения установленной мощности электротехнического оборудования в отраслях, широко применяюп их энерЭ госистемы с преобразователями.

Формула изобретения

Способ компенсации обменной мощности в электрической системе, включающей в себя

5 источник питания переменного тока, подключенную к нему через преобразователь нагрузку и компенсатор, согласно которому измеряют мгновенные значения тока нагрузки и компенсатора, мгновенные значения напряжения источника питания, интегрируют величину, зависящую от мгновенных значений тока нагрузки и напряжения источника питания на интервале времени, равном периоду напряжения источника питания, запоминают полученное значение, умдс ножают значеш я мгновенной проводимости ком1;енсатора на мгновенные значения напряжения источника питания, из результата умножения вычитают мгновенное значе- Htie тока . используют полученную разность в качестве опорной величины,

50 сравнивают е мгновенные значения измеренного тока компенсатора и в зависимости от по.г ченного отклонения измеряют мгновенные значения тока компенсатора, отличающийся гем, что. с целью повышения КПД, уменьшения действующего значения

55 тока и установленной мощности электротехнического оборудования, в качестве величины, зависящей от мгновенных значений тока нагрузки и напряжения источника питания

0

используют их произведение, в результате упомянутого интегрирования определяют активную мощность, измеряют действующие значения напряжения источника питания и тока нагрузки, а в качестве мгновенной проводимости компенсатора используют оптимальные значения мгновенной проводимости, определенные по заранее сформированным зависимостям оптимальных значений мгновенной проводимости компенсатора от активной мощности и действующих значений тока и напряжения.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия, уменьшение действующего значения тока и установленной мощности электротехнического оборудования. Минимизация действующего значения тока источника питания осуществляется за счет изменения мгновенной проводимости компенсатора. Выбор оптимальной величины мгновенной проводимости производится в зависимости от действующих значений тока нагрузки и напряжения источника питания, а также активной мощности нагрузки, средней за период. 1 ил.

ir(i}LK(t}