Способ управления симметризатором трехфазной четырехпроводной сети Советский патент 1992 года по МПК H02J3/26 

Изобретение относится к электротехнике и может рыть использовано в симметрокомпенсирующих устройствах (СКУ), предназначенных для симметрирования токов и компенсации реактивной мощности, в общем случае несимметричной нагрузки четырехпроводной трехфазной сети.

Известен способ управления симметрирующим устройством, заключающийся в ав-. томатическомрегулировании

проводимостей трехэлементного симметризатора путем воздействия на него трех управляющих сигналов, пропорциональных

активным проводимостям (или токам) нагрузок всех т;рех фаз.

Известен также способ управления сим метризатором трехфазной четырехпроводной сети, состоящим из шести реактивных элементов, три из которых соединены в звезду, а три других - в треугольник, заключающийся в формировании шести ийформативных сигналов, пропорциональных приращениям проводимостей элементов симметризатора Д bi (индекс i принимает значения А,В,С ). соединенных в звезду, и А bk (индекс k принимает значение АВ,ВС,СА). соединенных в треугольник, а также трех сигналов, пропорциональных проводимостям t(. 3 А Ьк + Ьо, где bo - заданная проводимость симметричной части симметризатсра. при этом информативные сигналы формируют по активным и реактивным мощностям фаз.

Однако этот способ не обеспечивает минимальной суммарной установленной реактивной мощности симметризатора, что приводит к неоптимальным эксплуатационным режимам работы СКУ,а все это связано с дополнительными экономическими потерями.

К прототипам могут быть отнесены любые другие способы управления симметризатором трехфазной етырехпроводной сети, в которых общим признаком является операция формирования шести управляющих сигналов, пропорциональных приращениям проводимостей симметризатора, независимо от того, по каким первичным информативным параметрам оно осуществляется (токам, симметричным составляющим токов или мощностям трехфазной сети).

Цель изобретения-обеспечение минимальной суммарной установленной реактивной мощности симметризатора.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Запишем выражение для суммарной по модулю реактивной мощности симметризатора

Q + Ьо| + |3Abk + 3bo, (1) где и - действующее значение фазного напряжения;

Ьо, Ьо - проводимости симметричной части симметризатора, соединенные в звезду и треугольник соответственно;

Abi, Abfc-приращения указанных проводимостей, при этом индекс 1 принимает значения А, В,,С, а индекс к - значения АВ, ВС, СА.Проводимости симметризатора

bi Abi + bo; bk Abk + bo. (2)

Задача оптимизации сводится к определению величин Ьо и Ьо. обеспечивающих минимум величине Q при дополнительных условиях

1АЬ( I

bo bo + ЗЬо - (tg G - tg ), (3) О и

где Р - активная мощность трехфазной се-. ти;

и - действующее значение фазного напряжения;

cos 95, cos 0- действительный и заданный коэффициенты мощности трехфазной сети.

Выражение (1) запишем в виде 1||-Йо1 +|l /k-bol . где bo+3bo bo;

Ab( ,3 А bk + bo f/k;

y

Причем

)k ЗЬо .

(6)

Задачу оптимизации решим для двух возможных случаев:

1.Параметры нагрузки, а следовательно, величины. §, J/k известны.

2.Параметры нагрузки неизаестны, но заданы интервалы их изменения, т.е. известна только область, в которой находятся параметры

|i и j/k : l|i I ai; I J/k - Ьо I а2 . причем величины ai и а2 определяются, как видно из соотношений (2) и (5), несимметрией в проводимостях нагрузки: ai

max Abil; аг 3гпах I Аbk I. При симметричной нагрузке ai а2 0.

Решение задачи оптимизации для первого случая сводится к определению значения Ьо, при котором функция у имеет минимум, т.е. к нахождению ymin. Анализ выражения (4) и производной dy/dbo показывает, что ymin достигается, когда значение Ьо находится между третьей и четвертой в

порядке возрастания величинами i, k. В этом интервале можно взять любое значение Ьо , в том числе и на границах интервалаб причем если выбрать bb совпадающим с одной из граничных точек Ьо - i или

Ьо / ), то обратится в нуль один из элементов симметризатора (звезды или треугольника соответственно) и симметризатор может быть выполнен пятиэлементным. Решение задачи оптимизации для второго случая сводится к минимизации установленной реактивной мощности симметризатора для наиболее неблагоприятного сочетания нагрузок. Для ее решения необходимо вначале определить максимум

функции у (max у) при фиксированном значении Ьо и меняющихся величинах i, yk в указанных выще пределах. Затем полученную функцию max у минизировать по параметру Ьо, т.е. определить

УОПТ min max (Zi + Z2), (7) {bo} ©,.;k} {bo} .

где Zi ai + 2 1 ЬЪ I ai - 1 bo Г i;

Z2 32 + 2 I bo - bo } + I a2 - I bo - bo 11. Задача оптимизации состоит в нахождении параметра boi обеспечивающего минимум величине (Zi + Za) при заданных значениях величин ai, 32 и bof определяемых параметрами нагрузки. Так как функции Zii Z2 и, следовательно, их суммарная функция Z- Zi + 2.1 являются кусочно-линейными, то производная dZ/dbo - кусочно-постоянная функция. Поэтому оптимальное значение параметра Ьо определяется либо точкой в которой производная dZ/dbo меняет знак с отрицательного на положительный, либо областью, в которой производная равна нулю. Окончательные выражения, позволяющие определить оптимальные значения величин Ьоопт и Уопт для различных интервалов измерения параметра Ьо, приведены в таблице.

В случае меняющейся нагрузки требуется шестиэлементная схема сймметризатора, причем оптимальный симметрйзатор с однородными проводимостями, индуктивными или емкостными, можно получить только при условии Ibo I ai+ а2, а именно при Ьо О получают число индуктивный Симметризатор, а при Ьо О - чисто емкостный симметрйзатор.

Таким образом, основным отличием изобретения от протипа является то. что в нем проводимости Ьо и Ьо выбираются оптимальным образом (в прототипе ими задаются произвольно, но так, чтобы выполнялось условие Ьо + ЗЬо Ьо, что не обеспечивает минимазации суммарной установленной реактивной мощности симметризатора). Для этого в изобретении шесть управляющих сигналов и ;k, формируемых аналогично прототипу,-ранжируют по возрастанию уровней этих сигналов и по ним находят оптимальное значение проводимости Ьо симметричной части симметризатора, соединенной в звезду, а по этому значению проводимости Ьо и суммарной приводимости Ьо. определяемой заданным коэффициентом мощности трехфазной сети по формуле (3), находят значение проводимости Ьо симметричной части симметризатора. соединенной в треугольник, из выражения bd bo - Ьо/З. Затем по сигналам проводимостей Ьо и Ьо и сигналам приращений проводимостей Abi, АЬкфО|эми|эуют шесть управляющих сигналов элементами симметризатора в соответствии с равенствами (2).

На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый слособ.

Устройство содержит датчик 1 приращений проводимостей. блоки 2-10 суммирования, компаратор 11. блок 12 разности.

линейные усилители 13-18 и симметрйзатор 19.

Датчик 1 приращений проводимостей подключен к трехфазной сети, три его выхода, первый, второй и третий, соединены с первыми входами блоков 2-4 суммирования, вторые входы которых объединены между собой и с еходом суммирования блока 12 разности в одну точку, на которую

0 подается постоянное напряжение Uo, пропорциональное проводимости Ьо, определяемой по формуле (4) по заданному коэффициенту мощности сети. Выходы блоков 2-4 суммирования подключены к трем

5 точкам, каждая из которых объединяет соответственно первый, второй и третий входы компаратора 11 и первые входы блоков 5-7 суммирования, вторые входы которых объединены между собой и подключены к выходу

0 блока 12 разности. Три других выхода датчика 1, четвертый, пятый и шестой, подключены к трем точкам, каждая из которых объединяет соответственно четвертый, пятый и шестой входы компаратора 1.1 и пер5 вые входы блоков 8-10 суммирования.

вторые входы которых объединены между

собой и с входом вычитания блока 12 разности в одну точку, подключенную к выходу

компаратора 11. Выходы блоков 5-10 сум0 мирования соединены через линейные усилители 13-18 с входами симметризатора 19. Устройство работает следующим образом.

На выходах датчика 1 приращений про5 водимостей образуется шесть постоянных напряжений, уровни которых пропорциональны приращениям проводимостей Д bk и А Ь|. Напряжения, пропорциональные приращениям проводимостей А bk. с пер0. вого, второго и третьего выходов датчика 1 пocтyпaюt на первые входы блоков 2-4 суммирования соответственно. На вторые входы этих блоков суммирования и вход суммирования блока 12 разности подается

5 постоянное, строго заданное напряжение UD. пропорциональное проводимости Ьо. заранее рассчитанной по требуемому коэффициенту мощности cos ff). На выходах блоков 2-4 суммирования образуются постоянные

0 напряжения, пропорциональные проводимостям );k 3 Abk + bo, которые поступают на компаратор .11 по первому, второму и . третьему его входам и на первые входы блоков 5-7 суммирования.

5 Напряжения, пропорциональные проводимостям А bi. с четвертого, пятого и шестого выходов датчика 1 приращений проводимостей подаются соответственно на четвертый, пятый и шестой входы компардтора 11 и на первые входы блоков 8 10 суммирования..

Компаратор 11 по сигналу Пуск, задаваемому либо ot внешнего либо от внутреннего тактового генератора, производит сравнение уровней входных сигналов, пропорциональных проводимостям ||, 7/k и, формирует на своем выходе постоянное напряжение, пропорциональное проводимости bo. Это напряжение подается на вход вычитания блока 12 разности и на объединенные вторые входы блоков 8-10 суммирования. На выходе блока 12 разности образуется напряжение, пропорциональное п роводимости Ьо (Ьо - boV3, которое поступает на вторые входы блоков 5-7 суммирования. На выходах блоков 5-7 суммирования образуюгся напряжения, пропорциональные проводимостям bt ДЬ|+Ьо , а на выходах блоков 8-10 суммирования - напряжения,-пропорциональные проводимостям Д bk + bo. Напряжения с выходов блоков 5-10 суммирования подаются через линейные усилители 13-18 на симметризатор 19, в котором производится изменение параметров реактивных элементов, обеспечивающее симметрирование токов и поддержание требуемого коэффициента мощности, втомчирле ,T.e. полную компенсацию реактивной мощности.

Формула изобретения Способ управления симметризатором трехфазной четырехпроводной сети, состоящим из шести реактивных элементов, три и:з которых соединены в звезду, а три других - в треугольник, заключающийся в формировании шести информативным сигналов, пропорциональных приращениям проводимостей элементов симметризатора Abi (индекс i принимает значения А, В, С, соединенных в звезду, и Л bk (индекс k принимает эначения АВ, ВС, СА), соединенных в треугольник, а также трех сигналов, пропорциональных проводимостям

aAbk + bo,

где Ьо - заданная проводимость симметричной части симметризатора, определяемая требуемым коэффициентом мощности сети, отличающийся тем, что, с целью обеспечения минимальной суммарной установленной реактивной мощности симметризатора, указанные шесть сигналов § - А bi, 7/k сравнивают между собой по уровню и располагают их в порядке возрастания уровней, выделяют интервал между третьим и четвертым уровнями сигналов и в -качестве значения проводимости Ьо симметричной части симметризатора, соединенной в звезду, выбирают любое из значений, расположенных в указанном интервале, включая оба граничных значения, по сигналам, пропорциональным проводимостям Ьо и Ьо, формируя сигнал, пропорциональный проводимости . Ьо симметричной части симметризатора, соединенной в тр гольник, в соответствии с равенством Ьо (Ьо - Ьо)/3, а затем формируют шесть управляющих сигналов элементами симметризатора, пропорцио.нальных проводимостям

bi- Abi + bd:

Ьк АЬк+ Ьо .

t

nj

§

V:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в симметрично-компенсирующих устройствах, предназначенных для симметрирования токов и компенсации реактивной мощности, в общем случае несимметричной нагрузки че- тырехпроводной трехфазной сети. Цель изобретения - обеспечение минимальной суммарной установленной реактивной мощности симметризатора. На выходах датчика 1 приращений проводимостей образуются шесть напряжений, уровни которых определяют проводимости элементов симметризатора 19, необходимые для симметрирования токов нагрузки. Компаратор 11 производит сравнение уровней входных сигналов и формирует на выходе сигнал в интервале между третьим и четвертым уровнями входных сигналов. С помощью сумматоров 2-10 и усилителей 13-18 производится окончательное формирование сигналов управления симметризатора для симметрирования и компенсации реактивной мощности. 1 ил.'СОс