Способ включения конденсаторной батареи в распределительную сеть Советский патент 1991 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для повышения качества напряжения в распределительных сетях при коммутации конденсаторных батарей, входящих в состав различных компенсирующих, фильтрующих и симметрирующих установок.

Цель изобретения - повышение качества напряжения в сети путем исключения бросков тока в момент коммутации батареи.

На фиг.1 представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - кривые тока и напряжения конденсатора; на фиг.З - временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит известный диодно-тиристорный ключ, выполненный на

неуправляемом 1 и управляемом 2 вентилях, подключающих конденсаторную батарею 3 к распределительной сети. Узел подзаряда содержит маломощный трехоб- моточный трансформатор 4, подключенный к той же сети. Одна из вторичных обмоток трансформатора нагружена на выпрямитель 5 с емкостным фильтром 6, вторая - на выпрямитель 7 (без фильтра). Для осуществления подзаряда батареи используется бесконтактный ключ 8, разряда - ключ 9.

В систему управления диодно-тири- сторным ключом входят датчик 10 амплитудного значения напряжения, датчик 11 напряжения на батарее, схема 12 сравнения с тремя выходами: Больше, Норма, Меньше, логический элемент И 13. схема

о о

чэ

14 синхронизации с сетью, логические элементы И 15, НЕ 16, И 17 и регулятор 18 реактивной мощности.

На фиг.2 показаны кривые тока (напряжения) батареи при включении ее в распределительную сеть в соответствии с предлагаемым способом (v 2). Включение батареи происходит в момент максимума напряжения сети (точка to), а начальное напряжение на батарее устанавливают равV24

ным . В этом случае

V2- 13

свободная составляющая не возникает, а в цепи сразу же устанавливается вынужденный режим: Uc;Lfg,,,. В этом нетрудно убедиться теоретически, проанализировав соответствующие уравнения при включении RLC-контура на гармоническое напряжение при ненулевых начальных условиях (Uc0 О, ILO 0):

ХСг- г i /,... . I „/Л 1

UC°XC-XL

Em - sin (ол t 4-1/0 +e

(sin 1/JCOS va t, 4- cos von t) 4+ Ur

0 Em

cos t;

- cos (аи t + 1/) + e

-bt

е b

R 2 L

XC -XL (cos t COSvwi t - vsin sln VM t)- e

vftji t ; коэффициент затухания, учигыP

волновое сопротивлевающий наличие активного сопротивления цепи;

С v ние;

у- начальная фаза включения.

В данном случае при выборе включения в максимум напряжения сети (1р 90°), предварительном заряде батареи, равном Ос

-с-V Em, получают Хс - XL

И (wit + 90°) +

лС I

+ е

-ы

cos vtui t 4 е Хс

-bt

Хс

Хс XL

cos t - Em cos ом t

Xc - XL

lc - - - v- - cos (ал t 4- 90°) - Xc XL

y.tj-e-b E.n

sin vrih т XC-XL

- - sin 0)1 t

0

5

0

5

0

5

0 т

Как видно, в этих уравнениях исчезают свободные составляющие (с частотой vw) в токе и напряжении конденсатора, а в цепи сразу наступает установившийся режим независимо от величины активного сопротивления цепи, влияющего на множитель е .

Работа устройства поясняется с помощью временных диаграмм, приведенных на фиг.З.

До включения батареи 3 в сеть она заряжена до амплитудного значения напряжения сети () с помощью диода 1. Если напряжение в сети повышается, то батарея успевает (за несколько периодов) зарядиться через диод 1 до более высокого напряжения. Однако при снижении напряжения в сети соответствующее снижение напряжения на заряженной батарее происходит очень медленно (за несколько минут), так как диод 1 препятствует ее разряду на сеть.

Зарядный 8 и разрядный 9 ключи разомкнуты, конденсатор фильтра 6 постоянно подзаряжается через выпрямитель 5. Номинальное напряжение на фильтре выбирают в пределах (1,5-2) Ет (за счет соответствующего коэффициента трансформации трансформатора 4, подключенного к той же сети). Число витков нижней обмотки трансформатора 4 выбирают из условия, чтобы амплитуда переменного напряжения на входе

т к-Хс гвыпрямителя 7 была равной-- Em

Хс - XL

(Em - амплитуда напряжения в сети до включения батареи 3). Это напряжение выпрямляется и подается на датчик 10 амплитуды напряжения, который запоминает его и сохраняет (в течение полупериода) до следующего перехода переменного напряжения Хс

5

0

5

Em через максимум (фактически сигХс XL

нал с датчика 10 содержит информацию о том, какое должно быть напряжение на батарее в момент ее включения).

Блок 14 синхронизации непрерывно вырабатывает импульсы в момент перехода напряжения сети через максимум, т.е. только при этом условии на тиристоре 2 появляется положительное напряжение и его можно включить.

Пусть в момент времени to (фиг.З) амплитуда напряжения в сети равна Егщ, а батарея заряжена до напряжения Uco- Предположим, что в момент времени t1 поступил сигнал Пуск от регулятора 18 реактивной мощности на включение батареи в сеть, а напряжение в сети при этом по каким-либо причинам возросло (Ет2 Emi). Если не изменить начальное напряжение на батарее, то диодно-тиристорный ключ 1,2

сможет включиться лишь при равенстве напряжений сети и батареи (в точке А), т.е. с переходным процессом, так как условие

Ucn wъ Em при этом не выполняетХс - XL

ся. Поскольку быстродействие диодно-тири- сторных ключей равно одному периоду, то эта задержка (между сигналом регулятора на включение батареи и импульсом управления на тиристор 2 ключа) позволяет осуществить подзаряд (или частичный разряд) батареи с тем, чтобы в момент замыкания тиристора было выполнено условие Uco

Хг

- Em Это осуществляется следуюХс - XL щим образом.

В момент времени t2 происходит сравнение текущего значения напряжения на батарее UCQ (сигнал от датчика 11) и требуемого, формируемого датчиком 10. Поскольку напряжение UCQ меньше амплитуды

---г- Ет2 то на выходе схемы 12 сравне- АС - XL

ния появляется сигнал Меньше, поступающий на вход логического элемента И 15, на втором входе которого присутствует сигнал от логического элемента НЕ 16. При совпадении обоих сигналов на выходе логического элемента 15 формируется сигнал, поступающий после соответствующего усиления на бесконтактный ключ 8. Поскольку напряжение на конденсаторе фильтра 6 выбрано выше, чем напряжение на батарее 3, то последняя начинает подзаряжаться (скорость подзаряда зависит от разницы напряжений конденсатора 6 и батареи 3, внутреннего сопротивления цепи подзаряда и может регулироваться за счет величины напряжения верхней обмотки трансформатора 4). Импульс тока подзаряда не попадает в питающую сеть.

В момент времени :з напряжение на батарее достигает требуемого

ХС

(Uco

Ет2). кэ выходе схемы 12

XC-XL

сравнения появляется сигнал Норма. Снимается сигнал на запуск ключа 8, и он размыкается. При совпадении сигнала от схемы 14 синхронизации с сетью и сигнала Норма (момент времени ц) на выходе элемента И 13 вырабатывается сигнал на включение тиристора 2. Заряженная до требуемого значения батарея подключается к сети, и в ней начинает протекать установившийся ток, а переходный процесс отсутствует, так как выполнено условие L)CO с

х х Ет2Если напряжение в сети снизилось, то после сравнения текущего и заданного значений напряжения батареи на выходе схемы 12 сравнения появляется сигнал Больше и 5 с помощью логических элементов НС 16, И 17 формируется сигнал на включение разрядного ключа 9 (скорость разряда зависит от величины внутреннего сопротивления разрядной цепи батарея 3 - ключ 9 и ее

10 можно соответствующим образом регулировать исходя из требуемого быстродействия). Поспе разряда батареи до заданного значения ключ 9 размыкается, и в мсмент совпадения сигнала от схемы 14 синхронизации и

5 сигнала Норма вырабатывается импульс на включение тиристора 2. Ток разряда батареи также не попадает в сеть.

Таким образом, колебания напряжения сети не оказывают влияния на работоспо0 собность схемы, т.е. отклонения напряжения з сети всегда учитываются с помощью датчика 10 напряжения и схемы 12 сравнения.

Использование предлагаемого способа

5 наиболее эффективно при коммутации конденсаторных батарей в общепромышленных распределительных сетях, при регулировании напряжения и реактивной мощности в сетях с резкопеременной на0 грузкой, коммутации резонансных фильтров, а также конденсаторных батарей, снабженных защитными реакторами от высших гармоник, в автономных энергосистемах и т.п.

5 Использование способа обеспечивает улучшение качества напряжения в сети за счет исключения высокочастотных помех от свободной составляющей тока, отрицательно влияющих на других потребителей, осо0 бенно ЭВМ, устранение бросков тока с сопровождающих их перенапряжений, что увеличивает срок службы конденсаторных батарей, а также исключение потерь энергии от протекания свободной высокочастот5 ной составляющей тока в элементах сети и конденсаторной батарее.

Формул изобретения

Способ включения конденсаторной ба- 0 тареи в распределительную сеть с индуктивным сопротивлением XL, изменяющимся в пределах О XL Xc, где Хс - емкостное сопротивление батареи, с помощью диодно- тиристорного ключа, который замыкают в 5 момент максимума напряжения сети по команде регулятора реактивной мощности, о тличающийся тем, что, с целью повыше- ния качества напряжения сети путем исключения бросков тока в батарее, при поступлении команды от регулятора измеряют напряжение батареи, регулируют егоное значение напряжения сети после подо величины Uco определяемой соотноше-ступления команды от регулятора, после че- Хгго подают команду на отпирание тиристора нием Uco - Em , где Ет - амплитуд-Q ключе лс At.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к распределительным сетям энергосистем и потребителей электрической энергии, в которых осуществляется коммутация конденсаторных батарей с помощью диодно-тиристорных выключателей. Цель изобретения - повышение качества напряжения сети путем исключения бросков тока в батарее. Для достижения этой цели при поступлении команды от регулятора реактивной мощности измеряют напряжение батареи, регулируют его до величины V_со, определяемой соотношением V_со = X_C/(X_C - X_L)E_м (где X_C - емкостное сопротивление батареи

X_L - индуктивное сопротивление распределительной сети, изменяющееся в пределах 0≤X_L*98X_C

E_м - амплитудное значение напряжения сети после поступления команды от регулятора, после чего подают команду на отпирание тиристора в ключе. 3 ил.

,

LC--LB