Устройство для регулирования активно-реактивной мощности в энергосистеме Советский патент 1992 года по МПК G05F1/66 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для поддержания динамической устойчивости синхронных машин и демпфирования колебаний активной и реактивной мощностей в энергосистеме.

Известно устройство для раздельного регулирования активной и реактивной мощностей, содержащее накопитель электрической энергии и трехфазный управляемый мостовой преобразователь

Недостатком устройства является необходимость использования большого числа дополнительных вентилей для шунтирования каждой вентильной группы.

Известно также устройство для регулирования активно-реактивной мощности в энергосистеме, содержащее сверхпроаод- никовый индуктивный накопитель с элементом аварийного вывода энергии, управляемый мостовой преобразователь, подключенный к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора, управляемый шунтирующий вентиль, системы управления фазными и шунтирующими вентилями.

По своей технической сути и достигаемому результату указанное устройство является наиболее близким к предлагаемому техническому решению и рассматривается в качестве прототипа.

Однако известное техническое решение не позволяет обеспечить эффективное регулирование активно-реактивной мощности при использовании в схеме только одного трехфазного мостового управляемого преобразователя с одним управляемым шунтирующим вентилем при их раздельном управлении. Наибольшая область изменения активно-реактивной мощности может быть получена при последовательном соединении по крайней мере двух мостов и их раздельном управлении. Однако последовательно соединенные преобразователи работают со сравнительно.низкими значениями токов, а шунтирующий вентиль выполняет только функции элемента противоаварийной автоматики, по существу не участвуя в работе номинального режима. В то же время сам принцип использования в качестве элемента накопления энергии сверхпроводниковой индуктивной катушки предполагает работу с большими значениями номинальных токов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователей с управляемым шунтирующим вентилем, расширение областей независимого регулирования активной и реактивной мощностей при работе в сильноточном режиме и повышение надежности в аварийных режимах

Цель достигается тем, что шунтирующие вентили используются не только как элементы противоаварийной автоматики, но и в качестве силового элемента преобразователя тока в номинальных режимах, что обеспечивает достаточно широкий диапазон независимого изменения активно-реактивной мощности при работе накопителя с одним преобразователем и позволяет получить оптимальное сочетание интервалов шунтирования и инвертирования. Для этого в устройство введен дополнительный управляемый шунтирующий вентиль, включенный последовательно с первым шунтирующим вентилем, цепь из последовательно включенных управляемых шунтирующих вентилей включена параллельно сверхпроводниковому индуктивному нако0 пителю, вентильная обмотка преобразовательного трансформатора включена по схеме звезда с нулевым выводом, причем нулевой вывод вентильной обмотки преобразовательного трансформатора подклю5 чен к месту соединения двух последовательно включенных управляемых шунтирующих вентилей, Схема дополнительно содержит управляемый мостовой преобразователь, подключенный к вентиль0 ной обмотке преобразовательного трансформатора, соединенной по схеме звезда с нулевым выводом, причем управляемый преобразователь подключен параллельно к сверхпроводниковому индуктивному нако5 пителю с элементом аварийного вывода энергии, а нулевой вывод вентильной обмотки подключен к месту соединения двух шунтирующих вентилей.

Все перечисленные выше признаки от0 личают заявляемое техническое решение от прототипа и обусловливает соответствие этого решения критерию новизна. Заявителем не обнаружены известные технические решения, в которых присутствуют

5 отличительные признаки заявленного объекта и проявляют такие же свойства. Это дает основание считать, что предлагаемое решение отвечает критерию патентоспособности существенные отличия - .

0 На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для регулирования активно-реактивной мощности в энергосистеме с одним мостовым преобразователем и двумя шунтирующими вентилями; на фиг. 2 - схе5 ма с двумя параллельно включенными преобразователями; на фиг. 3 - кривые выпрямленных напряжения и токов в анодной группе мостового преобразователя; на фиг. 4 - диаграмма изменения диапазона

0 независимого регулирования активно-реактивной мощности для различных схем преобразователей.

Устройство содержит преобразовательный трансформатор с сетевой 1 и вентиль5 ной 2 обмотками, управляемый мостовой преобразователь 3 с цепью последовательно соединенных управляемых шунтирующих вентилей 4. общая точка которых соединена с нулевым выводом обмотки 2, систему управления фазными вентилями 5,

систему управления шунтирующими вентилями 6, сверхпроводниковый индуктивный накопитель 7 с последовательно соединенным элементом аварийного вывода энергии 8. При параллельном соединении управляв- мых преобразователей (фиг. 2) устройство дополнительно содержит преобразовательный трансформатор с сетевой 9 и вентильной 10 обмотками, управляемый мостовой преобразователь 11. Нулевой вывод 12 вен- тильной обмотки 2 гальванически соединен с узлом 13 и узлом 14. Узлы 13 и 14 могут быть заземлены.

Устройство работает следующим образом.

При раздельном управлении фазными вентилями 5 (углы а) и шунтирующими вентилями 4 (углы «а) в кривой выпрямленного напряжения, создаваемой, например, анодной группой преобразователя (фиг. 3) фор- мируются участки положительного, отрицательного и нулевого напряжения. Путем изменения длительности указанных участков можно на периоде промышленной частоты обеспечить требуемый процесс вво- да, вывода или хранения энергии в сверхпроводниковый накопитель. Аналогичные процессы протекают и в катодной группе преобразователя, причем каждый из двух последовательно включенных в шунтирую- щую цепь вентилей 4 работает со своей катодной или анодной группой, вступая в работу три раза в течение одного периода.

Как видно из кривой выпрямленного напряжения (фиг. 3), минимальный угол управ- ления шунтирующего вентиля 4 равен л/6. Это условие ограничивает и диапазон независимого изменения активной и реактивной мощностей при работе индуктивного накопителя с трехфазным управляемым мо- стовым преобразователем и двумя последовательно включенными шунтирующими вентилями (заштрихованная область на диаграмме фиг. 4)

При наличии одного шунтирующего вентиля в известном техническом решении также возможно независимое управление активной и реактивной мощностями. Однако в этом случае минимальный угол управления шунтирующим вентилем не может быть более лг/3 и область независимого регулирования с учетом коммутационных процессов в вентилях становится практически нереализуемой, Таким образом включение шунтирующих вентилей согласно заявлен- ному предложению позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет использования шунтирующих вентилей не только как элементов противоаварийных мероприятий, но и в качестве силового элемента преобразования тока в номинальных режимах, и получить достаточно широкий диапазон независимого изменения активно-реактивной мощности при работенакопителясоднимпреобразователем.

Сверхпроводниковые индуктивные накопители в силу использования сильноточных токонесущих систем наиболее эффективны при работе с большой плотностью тока. В частности, оптимальным конструкциям накопителей с энергоемкостью 10-10 Дж соответствуют токи не ниже 5- 20 кА, в связи с этим наиболее рациональной схемой преобразователей является их параллельное соединение.

В этом случае устройство дополнительно содержит преобразовательный трансформатор с сетевой 9 и вентильной 10 обмотками и трехфазную группу фазных вентилей 11. Благодаря гальваническому соединению нулевых выводов 12, 14 вентильных обмоток 2, 10 с узлом 13 в цепях шунтирующих вентилей 4 обеспечивается устойчивая работа параллельно включенных преобразователей. В первую очередь это связано с выравниванием потенциалов нулевых выводов фазных обмоток преобразовательных трансформаторов и узловых точек шунтирующих вентилей, поочередно работающих в анодных и катодных группах преобразователей

Для более эффективного выравнивания токов по параллельно работающим преобразователям гальваническая связь нулевых выводов 12, 14 вентильных обмогок и узла 13 может быть заземлена

Для защиты сверхпроводникового индуктивного накопителя при потере частью обмотки сверхпроводящего состояния в предлагаемом устройстве предусмотрен элемент аварийного вывода энергии 8 Конструктивно он может быть выполнен аналогично известному техническому решению, т.е. в виде коммутационного комплекса, включающего в аварийном режиме в цепь сверхпроводниковой катушки резистор. Одновременно с включением резистора в известном техническом решении подается сигнал от системы управления шунтирующим вентилем на полное открытие шунтирующего вентиля и от системы управления фазными зентилями на закрытие фазных вентилей. Это позволяет защитить преобразователь от возникающих ь режиме аварии на концах сверхпроводникового соленоида перенапряжений, Однако с точки зрения защиты самого сверхпроводникового накопителя этот метод защиты менее эффективен, чем вывод энергии на инверторный преобразователь при постоянном среднем значении встречного напряжения - противоЭДС инвертора, обеспечивающего максимальную скорость вывода энергии,

В предлагаемом техническом решении требуемый режим вывода энергии может быть осуществлен путем оптимального сочетания интервалов шунтирования преобразователя (максимальный угол «1 на фиг. 3) и инвертирования (угол а), Указанный принцип работы и схема включения вентилей и обмоток позволяют шунтировать пре- образователь в момент наивысших перенапряжений и с наибольшей безопасностью обеспечить создание требуемой противоЭДС в инверторном режиме при понижении значений бросков токов и напряжений на вентилях,

Возможность повышения надежности работы накопителя в аварийных режимах тем более существенна, если учесть высокую (более 70%) стоимость сверхпроводниковой катушки в общих затратах на весь объект в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования активно-реактивной мощности в энергосистеме, содержащее сверхпроводниковый индуктивный накопитель с элементом аварийного вывода энергии, управляемый мостовой преобразователь, подключенный к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора, управляемый шунтирующий вентиль, системы управления фазными и

й

шунтирующими вентилями, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователей с управляемым шунтирующим вен5 тилем, расширения областей независимого регулирования активной и реактивной мощностей при работе в сильноточном режиме и повышения надежности в аварийных режимах, устройство содержит дополнитель10 ный управляемый шунтирующий вентиль, включенный последовательно с первым шунтирующим вентилем, цепь из последовательно включенных управляемых шунтирующих вентилей включена параллельно

15 сверхпроводниковому накопителю, вентильная обмотка преобразовательного трансформатора включена по схеме звезда с нулевым проводом, причем нулевой вывод вентильной обмотки преобразова20 тельного трансформатора подключен к месту соединения двух последовательно соединенных управляемых шунтирующих вентилей.

2. Устройство поп.1,отличающее25 с я тем, что схема дополнительно содержит управляемый мостовой преобразователь, подключенный к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора, соединенной по схеме звезда с нулевым

30 проводом, причем управляемый преобразователь подключен параллельно сверхпроводниковому индуктивному накопителю с элементом аварийного вывода энергии, а нулевой вывод вентильной обмотки подклю- 35 чен к месту соединения двух управляемых шунтирующих вентилей.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для поддержания динамической устойчивости синхронных Мс)шин и демпфирования колебаний активной и реактивной мощностей в энергосистеме. Цель - расширение функциональных возможностей преобразователей с управляемым шунтирующим вентилем, расширение областей независимого регулирования ЗКТИЕ ной и реактивной мощностей при работе в сильноточном режиме и повышение надежности в аварийных режимах, Устройство содержит преобразовательный трансформатор с сетевой и вентильной обмотками, управляемый мостовой преобразователь с цепью последовательно соединенных управляемых шунтирующих вентилей, систему управления фазными вентилями, систему управления шунтирующими вентилями, сверхпроводниковый индуктивный накопитель с элементом аварийного вывода энергии на выходе преобразователя. Нулевой вывод вентильной обмотки трансформатора гальванически связан с точкой соединения шунтирующих вентилей При раздельном управлении фазными вентилями и шунтирующими вентилями в кривой выпрямленного напряжения, создаваемой, например, анодной группой преобразователя, формируются участки положительного, отрицательного и нулевого напряжения. Путем изменения длительности указанных участков можно на периоде промышленной частоты обеспечить требуемый процесс ввода, вывода и хранения энергии в сверхпроводниковыи накопитель. Аналогичные процессы протекают и в катодной группе преобразователя, причем каждый из двух последовательно включенных в шунтирующую цепь вентилей работает со своей катодной или анодной группой, вступая в работу три раза в течение одного периода. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. 00 XS XI 00 СЛ С ;

МИН

/

/

Ршг. 3.