Трехчастотное трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство Советский патент 1992 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к промышленной электротехнике и может быть использовано в электрических сетях про-, мышленных предприятий с нелинейными нагрузками (типа дуговых электропечей, мощных сварочных установок и т.д.) для компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник тока.

Известны многочастотные трехфазные фильтрокомпенсирующие устройства, содержащие несколько (например, три) групп. трехфазных конденсаторно-реакторных ветвей, соединенных либо в виде трех отдельных силовых режекторных фильтров, либо в виде одного трехчастотного ком.бинированного фильтра, обеспечивающих фильтрацию трех основных высших гармоник тока сети (например, 5-й, 7-й и 11-й).

Недостатком известных схем трехча- стотных фильтрокомпенсирующих устройств с тремя отдельными режекторными фильтрами (РФ), а также и с трехчастотными комбинированными фильтрами (КФ) является сложность обеспечения однотипности и взаимозаменяемости элементов оборудования (в частности, фильтровых реакторов) при фильтрации определенных (вполне конкретных для промышленных электрических сетей) высших гармоник.

ы ю

Os

Наиболее близким к изобретению является устройство, одним из вариантов которого является схема, содержащая три трехфазные группы конденсаторно-реакторных ветвей, каждая из которых соединена звездой с общей точкой реакторов, и, выбранная по параметрам своих элементов с расчетом фильтрации одной из трех высших гармоник (например, 5-й, 7-й или 11-й). В прдобной схемной структуре устройства при использовании однотипных конденсаторов не обеспечивается требование однотипности и взаимозаменяемости фильтровых реакторов (отношение сопротивлений реакторов является дробным), что приводит к увеличению стоимости устройства, усложнению задачи резервирования и, как следствие, снижению надежности работы и других потребительских свойств устройства. При однотипности реакторов не обеспечивается однотипность конденсаторов.

Целью изобретения является обеспечение однотипности и взаимозаменяемости и повышение эффективности использования всех силовых элементов оборудования трехчастотного фильтрокомпенсирующего устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем три трехфазные группы конденсаторнб-реакторных ветвей, две из этих групп (первая и вторая) соединены каждая звездой с общей точкой реакторов и с подключением к фазным зажимам питающей сети внешними зажимами конденсаторов, а каждая ш конденсаторно-ре- акторных ветвей третьей группы включена между фазным зажимом питающей сети и общей точкой конденсатора и реактора ветви второй группы, при этом конденсаторно- реакторные ветви всех трех групп выбраны по своим параметрам элементов с расчетом фильтрации одной и той же второй (промежуточной) из трех фильтруемых устройством высших гармоник (7-й в устройстве фильтрации, 5-й, 7-й и 11-й гармоник), а по мощности элементы ветвей второй группы выбраны равными суммарной мощности одинаковых между собой ветвей первой и третьей групп, включенных по общеизвестной схеме. При разработке шкалы (ряда) мощностей серийных устройств такое решение позволяет использовать однотипные конденсаторы и уменьшить число типоис- полнений фильтровых реакторов в 2,5 - 3 раза.

На фиг.1 приведена принципиальная схема трехчастотного фильтрокомпенсирующего устройства; на фиг.2 - графики модифицированных частотных характеристик

(МЧХ), поясняющих эффективность фильтрации определенных гармоник (5-й, 7-й и 11-й) при двух различных относительных значениях генерируемой в сеть реактивной

мощности ( 2,5% по верхнему и 5,0% по нижнему графику МЧХ, фиг.2).

Устройство (фиг.1) содержит три трехфазные группы конденсаторно-реакторных ветвей: конденсаторы и реакторы первой

0 группы ветвей 1 и 2. конденсаторы и реакторы второй группы ветвей 3 и 4, конденса-- торы и реакторы третьей группы ветвей 5 и 6. В более общем случае каждое изображение одного конденсатора (фиг.1) представ5 ляет собой однотипную ветвь (модуль) параллельных конденсаторов. Первая (1,2) и вторая (3,4) конденеаторно-реакторные ветви соединены в каждой группе звездой с общей точкой (СМ и Оз) реакторов (2 и 4) и с

0 подключением к фазным зажимам А, В, .С питающей сети внешними зажимами конденсаторов (1 и 3). Каждая конденсаторно- реакторная ветвь третьей группы (5 и 6) включена между фазным зажимом питаю5 щей сети (В или С, или А) и общей точкой (7 или 8, или 9) конденсатора (ветви двух параллельных конденсаторов или конденсаторных модулей) 3 и реактора 4 второй группы конденсаторно-реакторных ветвей.

0 Конденсаторы 5 третьей группы ветвей могут быть подключены своим внешним зажимам каждый либо к тому же фазному зажиму сети, что и конденсатор соответствующий ветви второй группы, либо к зажи5 му другой (опережающей или отстающей) фазы сети, как это показано на фиг.1. Порядки фильтруемых гармоник при этом сохраняются, но во втором случае (фиг.1) уменьшается токовая нагрузка реакторов 4

0 и несколько уменьшается ширина зоны эффективной фильтрации меньшей (5-й) из фильтруемых гармоник. Мощность ветвей второй группы (конденсаторов 3 и реакторов 4) равна суммарной мощности первой и

5 третьей ветвей, по мощности равных между собой/или число параллельных однотипных конденсаторов 3 в ветвях второй группы в два раза больше, чем число параллельных конденсаторов 1 или 5 в ветвях первой или

0 третьей группы. Сопротивление (индуктивность) каждого из реакторов 4 соответственно в два раза меньше, чем сопротивление (индуктивность) одного ins реакторов 2 или 6.. При настройке конденсаторно-реактор5 ных ветвей всех групп на 7-ю гармонику и их соединений между собой с фазными зажимами питающей сети в соответствии (фиг.1) обеспечивается эффективная фильтрация 5-Й. 7-й, 11-й и даже 13-й высших гармоник при широком изменении параметров (сопротивления или мощности) питающей сети, что подтверждается графиками модифицированных частотных характеристик (МЧХ) Км (п), приведенными на фиг.2 (а - при относительной мощности устройства от мощности сети О.ф 2,5% и б - при 5.0%), где Км 2,0 - зона эффективной фильтрации со снижением тока фильтруемой гармоники в питающей сети в 3 и более раза; Км - 1,0 - зона предварительной (приемлемой) фильтрации; Км 0 - зона отсутствия фильтрации и отсутствия резонанса; ,0-зона начального резонанса устройства с сетью; Км -2,0 - зона активного или опасного параллельного резонанса фильт- рокомпенсирующего устройства с питающей сетью (с усилением высших гармоник в сети в 3 и более раза).

Так, например, при мощности Q фЈ ; 2,5% (фиг.2а), относительное значение то- ка 11 - и гармоники в сети равно 0,11 или этот ток уменьшается в 9 раз. Практически это способствует полной фильтрации 11-й гармоники (ток 13-й гармоники здесь равен 0,2 или уменьшается в 5 раз). При мощности ,0% эффективность фильтрации 11-й и 13-й гармоник еще более возрастет (уменьшение токов этих гармоник в 15 и в 9 раз).

Применение предлагаемого устройства практически исключает необходимость использования специальных фильтров 11-й и 13-й высших гармоник.

Рассмотрим пример обеспечения высокой живучести и надежности работы пред- латаемого устройства при выходе из строя любого конденсатора или любого реактора. В этом случае наиболее необходимым является сохранение эффективной фильтрации 5-й и 7-й высших гармоник. Фильтрация 7-й гармоники обеспечивается тем, что на нее настроена каждая из трех групп конденса- торно-реакторных ветвей, которая так же, как и первая на фиг. 1, может быть использована в виде самостоятельного фильт- ра 7-й гармоники (РФ-7). Для фильтрации 5-й гармоники достаточно использовать работоспособные элементы двух других

групп ветвей, либо отключив третью группу и включив реакторы 6 последовательно с реакторами 4 и конденсаторами 3. либо включив конденсаторы 3 последовательно с реакторами б,отключив элементы 4 и 5 (в зависимости от вышедших из строя элементов). При длительных режимах эксплуатации (десятки лет) обеспечение высокой живучести и надежности работы может иметь решающее значение, так в этом случае выпуск резервных элементов оборудования уже прекращается, а переход на эксплуатацию новых выпускаемых устройств требует новых затрат

Формула изобретения

1.Трехчастотное трехфазное фильтро- компенсирующее устройство, содержащее три трехфазных группы конденсаторно-ре- акторных ветвей, каждая из которых выполнена в виде последовательно включенных реактора и конденсатора, при этом каждая из первой и второй групп ветвей соединена между собой в звезду с общей точкой реакторов и подключена к фазам питающей сети выводами конденсаторов, а параметры реакторов и конденсаторов первой группы выбраны исходя из эффективной фильтрации промежуточной из трех фильтруемых гармоник, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности, конденсаторно-реакторные ветви третьей группы включены между фазами питающей сети и точкой соединения конденсатора и реактора ветви второй группы, при этом параметры конденсаторов и реакторов второй и третьей ветвей выбраны исходя из фильтрации той же промежуточной из трех фильтруемых гармоник, а мощность ветви второй группы равна суммарной мощности одинаковых между собой ветвей первой и третьей групп.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем. что конденсаторно-реакторные ветви третьей группы включены между общими точками конденсаторов и реакторов одной фазы ветви второй группы и неодноименным этой фазе зажимом питающей сети.

Ь J K§-5/ll n , Jb

} I

Трехчастотное фильтрокомпенсйрую- щее устройство к промышленной энергетике и может быть использовано в электрических сетях промышленных предприятий с нелинейными нагрузками для компенсации реактивной мощности. Цель повышение экономичности и эффективности. Для этого устройство содержит три трехфазные группы конденсаторно-реакторных ветвей, причем первая и вторая конденсаторные ветви соединены в звезду, а каждая конденсаторно-реакторная ветвь включена между фазным зажимом сети и точкой соединения конденсаторов и реакторов второй группы конденсаторно-реакторных ветвей. Все ветви подключены к соответствующим сети конденсаторам. Мощность элементов ветвей второй группы равна суммарной мощности элементов первой и третьей ветвей, по мощности равных между собой. При этом условии настройка ветвей всех трех групп на 7 гармонику и их соединении, как указано выше, обеспечивается одновременная фильтрация 5-й,, 7-й и 11-й гармоник. Однотипность оборудования,и настройки ветвей обеспечивает высокую живучесть устройства и его надежность. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. сл с

2,0

1,0

0

-I

-2

2,0 1,0

,0 -I