Компенсатор реактивной мощности Советский патент 1992 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения в электрических сетях.

Компенсатор содержит п конденсаторных батарей (КБ), подключенных к сети переменного тока через электромеханические коммутационные аппараты. Управляемая тиристорно-реакторная группа (ТРГ) подключена к соединенным между собой первым выводам п дополнительных электромеханических коммутационных аппаратов, вторые выводы которых подключены к точкам соединения КБ с первыми электромеханическими коммутационными аппаратами. Величина индуктивности реакторов ТРГ выбрана из соотношения

L

1

где С - емкость фазы КБ; о) - круговая частота напряжения сети переменного тока ТРГ служит для улучшения условий коммутации КБ и может также служить для плавного регулирования реактивной мощности

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано д электрических сетях для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения.

Цель изобретения - снижение потерь электроэнергии и снижение удельной стоимости компенсатора.

На фиг. 1 приведена блок-схема компенсатора; на фиг. 2 и 3 - функциональные схемы узлов блока управления коммутацией, осуществляющих алгоритмы включения и отключения выключателей компенсатора; на фиг. 4 - расчетная схема замещения для процесса отключения компенсатора от сети; на фиг. 5 и 6 - диаграммы

N

ГО

ю со

00

напряжений и токов в схеме компенсатора во время отключения.

Компенсатор (фиг. 1) содержит п конденсаторных батарей (КБ) 1, подключенных к сети 2 переменного тока через выключате- ли (В) 3, тиристорно-реакторную группу (ТРГ) 4, автоматический регулятор (АР) 5, вход которого присоединен к сети 2, дополнительные Вб, первые выводы которых подключены к точкам соединения КБ1 с ВЗ, а вторые выводы объединены и подключены к выводам ТРГ4, выход непрерывного управления АР5 - к входу непрерывного управления ТРГ4, выходы дискретного управления АР5 подключены к управляющим входам ВЗ и В6 и к входам дискретного управления ТРГ4 через блок управления коммутацией (БУК) 7.

Компенсатор может быть предназначен для работы в двух режимах. Первый режим осуществляется в том случае, когда ТРГ4 предназначена только для коммутации КБ1. В этом режиме потребление и плавное регулирование реактивной мощности компенсатором не осуществляется. Выдаваемая компенсатором реактивная мощность при этом изменяется ступенями по числу КБ. Индуктивность реакторов ТРГ4 выбирается исходя из условия

1

1

о/2 С

На выходах АР5 вырабатываются сигналы, функционально связанные с состоянием сети 2, например с величиной напряжения сети, если компенсатор предназначен для регулирования (стабилизации уровня) напряжения сети.

При такой величине понижения напря- жения в сети, при которой требуется включение одной (первой) КБ1, на соответствующем выходе АР5 появляется сигнал, поступающий на вход БУК7, с помощью которого реализуется следующий алгоритм: 1) установка угла управления, соответствующего полному открытию ТРГ4, выключение B6i; 2) включение ВЗт; 3) через определенный интервал времени, достаточный для затухания переходного процесса при включении и не приводящий к перегрузке ТРГ4, устанавливается угол управления ТРГ4, соответствующий минимальному току ТРГ4, либо производится блокирование импульсов управления ТРГ4.

При дальнейшем понижении напряжения сети 2 производится 1) отключение B6i; 2) установка угла управления, соответствующего полному открытию ТРГ4, включение

0 5

0 5

0

5

0 5 5

0

В62; 3) включение В32; 4) повторение п. 3) предыдущего алгоритма.

Аналогично, при необходимости, производится включение каждой последующей КБ. Действие БУК7 при необходимости включения КБт поясняются с помощью фиг. 2,

Команда на включение КБт ()c выхода АР5 поступает на B6i (В61--И), на вход элемента ИЛИ 8, выход которого соединен с установочным входом триггера Т9, и на вход элемента И 10. На выходе Т9 появляется команда на полное открытие вентилей ТРГ4 (/3 90°). Команда на включение ВЗч (ВЗт 1) появляется на выходе элемента И 10 после получения информации о включении B6i (661 1) и установке/ 90°. Через время, устанавливаемое с помощью элемента S11i, после включения B3i (B3i 1)с помощью элемента ИЛИ 12 производится сброс Т9 с целью уменьшения тока ТРГ4 до минимального значения либо блокирования импульсов управления ТРГ4. Команда КБ12--1 с выхода АР5 поступает на B6i 0 и входы элементов И 102 и 132. Отключение B6i вызывает появление команды и установку /9 90° через элемент ИЛИ 8 и Т9, состояние Вб2 1 и /3 90° разрешают В32 1, через время, после В32 1, устанавливаемое с помощью S112, производится сброс Т9.

Команды на включение остальных КБч реализуются аналогичным образом.

При повышении напряжения сети 2 отключение КБ производится следующим образом. Предположим, что к моменту отключения в работе были KE1i...K51n (включены B3i...B3n и Вбп).

Алгоритм отключения таков: 1) установка выбранной величины угла управления ТРГ4 при отключении; 2) отключение ВЗп; 3) повторение п. 3) алгоритма включения через интервал времени, достаточный для восстановления электрической прочности ВЗ и разрыва КБщ через ТРГ4.

При дальнейшем повышении напряжения сети 2 производится: 1) отключение Вбп; 2) включение B6n-i; 3) повторение п. 1) предыдущего алгоритма; 4) отключение ВЗП- i; 5) повторение п. 3) предыдущего алгоритма.

Аналогично, при необходимости, производится отключение каждой последующей КБ, Действие БУК7 при необходимости отключения КБ1 поясняется при помощи фиг. 3. Команда на отключение КБ1 с выхода АР5 поступает при условии ВЗп 1 (элемент И 14) через элемент ИЛИ 15 на установочный вход триггера Т16. Отключение ВЗ реализуется при /3 fio (элемент И 17п), после чего через время, устанавливаемое с помощью S18n, производится сброс Т16 (элемент ИЛИ 19). Команда КБ1п-1 - 0 с выхода АР5 поступает на Вбп 0, далее через И20п-1 на Вбп-т 1, после чего устанавливается (И21п-1), через И17п-1 поступает команда ВЗп-1- -0, после чего через S18n и ИЛИ 19 происходит сброс Т16.

Команды на отключение остальных КБ1 реализуются аналогично.

В установившемся режиме работы компенсатора возможны следующие состояния B6i...B6n: 1)ТРГ4 подключена параллельно последней включенной КБ1 (например, включены КБ1-|...КБ1з, включен В6з);2)ТРГ4 не подключена; все В6 отключены; 3) ТРГ4 подключена параллельно последней отклю- ченной КБ1 (например, отключены КБ1з...КБ1п, включен Вбз).

В случае 1) сокращается время, необходимое для отключения КБ, но увеличивается время на включение очередной КБ, так как сначала необходимо отключить ТРГ от последней включенной КБ, Изложенные выше алгоритмы действия блока БУК7 соответствуют состоянию 1).

В случае 3), наоборот, сокращается время, необходимое для включения очередной КБ, и увеличивается время на отключение КБ.

Случай 2) в отношении быстродействия коммутаций занимает промежуточное положение.

Второй режим работы компенсатора осуществляется в том случае, когда требуется плавное изменение реактивной мощности компенсатора наряду с коммутациями КБ. Мощность ТРГ для такого режима выбирается равной или несколько большей мощ- ности одной КБ. Индуктиьность реакторов ТРГ выбирается, таким образом, в соответствии с неравенством

L

1

fl,

Для осуществления коммутаций КБ работа компенсатора в этом режиме аналогична его работа в вышеописанном режиме для варианта, когда сопротивление реакторов соизмеримо с сопротивлением сети.

Если сопротивление реакторов много больше сопротивления сети, их влияние на переходный процесс при подключении КБ будет незначительным. В этом случае при подключении КБ к сети ТРГ параллельно к ней на время пуска можно не подключать. На время же отключения от сети ТРГ по

5

0

15 0

5

0

5 0

5

0

5

прежнему подключается параллельно отключенной КБ. Наибольшие перегрузки возникают при отключении КБ от сети. Поэтому в этом случае сохраняется основной эффект снижения перегрузок при отключении КБ. Между коммутациями КБ осуществляется плавное регулирование ТРГ в функции напряжения сети, поэтому ТРГ должна быть постоянно подключена параллельно КБ, находящейся в работе.

Расчетная схема замещения для процесса отключения компенсатора от сети приведена на фиг. 4. Диаграммы напряжений и токов в схеме компенсатора показаны на фиг. 5 и 6.

Из фиг.5 виден механизм образования повышенного напряжения DB на контактах выключателя В компенсатора при его отключении с закрытыми вентилями ТРГ. В этом случае максимальное значение напряжения Ов достигает двойной амплитуды напряжения сети, что может привести к пробою межконтактного промежутка выключателя.

Процесс отключения компенсатора с заданным углом (0 о) включения вентилей ТРГ иллюстрируется диаграммой фиг. 6. Перед отключением выключателя В вентили ТРГ заперты, через выключатель протекает ток КБ ОКБ). Обрыв тока в выключателе при его отключении происходит в момент снижения тока 1кв до нулевого значения (время 0 в). Напряжение на КБ в этот момент равно UKB Um и сохраняется неизменным до момента включения вентилей ( в Oi ). В момент 04 включается вентиль, в схеме происходит колебательный перезаряд КБ через реактор L. Напряжение на КБ, без учета активных сопротивлений элементов схемы, будет изменяться последующему закону:

DKB UxBo t,

где UKBO Um - напряжение на КБ в момент включения вентиля;

а)0 -Ј- - собственная частота колебательного контура, образованного емкостью КБ и индуктивностью ректора ТРГ. В момент в з ток перезаряда достигает максимального значения, напряжение на КБ примет нулевое значение. В момент в л, ток перезаряда снизится до нулевого значения, вентиль, приводящий ток, закроется. Напряжение на КБ достигает значения Um со знаком, противоположным первоначальному, Из диаграммы видно, что обеспечение синфазности напряжения на КБ напряжению сети достигается при включении вентилей с заданным углом . В этом случае напряжение, прикладываемое к контактам выключателя, имеет минимальное значение и определяется выражением

UB UKB - Uce-ги.

Кривая данного напряжения построена на нижней оси фиг. 6.

Анализируя диаграмму фиг. 6 можно увидеть, что условием синфазности напряжений сети и напряжения на КБ является совпадение моментов перехода через нулевое значение напряжения сети и напряжения на КБ (момент Оз ) Это, как следует из анализируемой диаграммы, наступает при

о То РО - -г

Q г

где Т0 -период собственных колеагбаний (здесь отсчет времени в секундах).

После преобразования (с учетом вышеприведенного выражения) получают в радианах

круговая частота напряжения сети.

Максимальное значение угла управления в рассматриваемой схеме компенсатора равна 7J . Поэтому угол управления должен удовлетворять условию

о л: РО s 2

Отсюда

fru-VLC-sjf

или после преобразования 1

L

о с

В варианте выполнения компенсатора для первого режима работы (ТРГ используется только для коммутации КБ) желательно иметь реакторы с небольшой индуктивностью, с точки зрения уменьшения их стоимости.

Во втором варианте ТРГ используется для плавного регулирования реактивной мощности и для коммутации КБ.Это дает

возможность плавного регулирования реактивной мощности во всем диапазоне работы компенсатора, так как с помощью переключения КБ осуществляется только ступенчатое регулирование. В этом варианте

компенсатора желательно иметь реакторы с возможно большей индуктивностью (разумеется в пределах выполнения неравенства, указанного в формуле изобретения). Это желательно с точки зрения качества генерируемого реактивного тока, так как уменьшение индуктивности реакторов приводит к увеличению относительного содержания высших гармоник тока.

Формула изобретения

Компенсатор реактивной мощности, содержащий п конденсаторных батарей, подключенных к зажимам для подключения к сети переменного тока через первые коммутационные аппараты, управляемую тиристорно-реакторную группу, отличающий- с я тем, что, с целью снижения потерь электроэнергии и снижения удельной стоимости компенсатора, он снабжен п дополнительными коммутационными аппаратами, первые выводы которых подключены к точкам соединения батарей с первыми коммутационными аппаратами, вторые выводы соединены между собой и подключены к выводам тиристорно реакторной группы, при этом в

качестве всех упомянутых коммутационных аппаратов использованы электромеханические коммутационные аппараты, а величина индуктивности реактора выбрана из соотношения

1

L

ft/C

где С - емкость фазы конденсаторной батареи;

ш- круговая частота напряжения сети переменного тока.

A Pi

к ,

Использование: стабилизация параметров электрических сетей. Сущность изобретения: управляемая тиристорно-реакторная группа подключается к конденсаторным батареям через электромеханические коммутационные аппараты. Вследствие такого подключения тиристорно-реактораня группа может быть использована для улучшения условий коммутации конденсаторных батарей, а также служить для плавного регулирования реактивной мощности. 6 ил.

К5 /, +0&i 3

111 f

.--,20,

НГГ ,-..,

f,

U

,

eC-V«

C0

X АхеЗз н&уРей Янеге yfi0g&g# v ТРГ

Фаг.Ъ

ц. 1 |T

u, I Ч 1

I

Г7i

ТРГ

l/г.

u

9Ч ад

ly-

иг. 5

,1л

Фиг. 6