Тиристорный источник реактивной мощности Советский патент 1992 года по МПК H02J3/18 

Ё

Использование; повышение экономичности, быстродействия и диапазона регулирования при автоматической компенсации реактивной мощности в электрических сетях. Сущность изобретения: в источнике, содержащем соединенные в треугольник конденсаторные батареи, каждая из которых состоит из двух последовательно вклю- ченных конденсаторов , и имеющем управляемые реактор и выпрямитель, рабочие обмотки реактора соединены в звезду и подключены к средним точкам соединения батарей и к входу управляемого выпрямителя, к выходу которого подключена обмотка подмагничивания реактора. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для автоматической компенсации реактивной мощности в электрических сетях,

Известен источник реактивной мощности (HPMJ, содержащий устройство управления реактором и включенную последовательно с реактором конеднсатор- ную батарею.

Недостатки ИРМ состоят в том, что при увеличении диапазона регулирования резко возрастает установленная мощность реактора и конденсаторной батареи. При использовании известных управляемых реакторов с независимым (продольным или поперечным) подмагничиванием с увеличением диапазона регулирования резко возрастает мощность на подмагничивание.

Кроме того, управляемые реакторы с независимым подмагничиванием обладают малым быстродействием и генерируют высшие гармоники. ИРМ обладает низкими экономическими показателями.

Известен также статический компенсатор реактивной мощности, выполненный с использованием реактора с вращающимся магнитным полем и конденсаторной батареи.

Недостатки ИРМ состоят в низком быстродействии и малом диапазоне регулирования реактивной мощности. С увеличением диапазона регулирования резко возрастают затраты на ИРМ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является статический тиристорный источник реактивной мощности (СТИРМ), состоящий из конVI

00 00 ON ГО

денсаторных батарей, соединенных в треугольник и включенных на линейное напряжение электрической сети. Каждая сторона треугольника содержит по две последовательно соединенные батареи. Средние точ- ки треугольника конденсаторных батарей соединены управляемыми реакторами, работающими на принципе самоподмагничи- вания и образующими также треугольное соединение. СТИРМ снабжен автоматиче- ским регулятором напряжения, обеспечивающим регулирование напряжения нагрузки. Недостатки ИРМ состоят в пониженных технико-экономических показателях. Управляемые реакторы включены на напряжение,равное половине линейного напряжения электрической сети (0,865 ифазн), которое определяет затраты на изоляцию реактора. Кроме того, СТИРМ имеет пониженное быстродействие и недостаточ- ный диапазон регулирования. Минимальное индуктивное сопротивление реактора при полностью закрытых тиристорах относительно велико, так как магнитная система реактора подмагничивается двухполупери- одным током, имеющим достаточно большую составляющую первой (основной гармоники . Быстродействие СТИРМ определяется только изменением тока тиристоров, протекающего по обмоткам реактора.

Цель изобретения - повышение экономичности, быстродействия и диапазона регулирования.

В тиристорном источнике реактивной мощности, содержащем соединенные в треугольник конденсаторные батареи, каждая из которых состоит из двух последова- тельно включенных конденсаторов, управляемый реактор и управляемый выпрямитель, рабочие обмотки управляемого реактора с вращающимся магнитным полем соединены в звезду и подключены к средним точкам соединения конденсаторных батарей и к входу управляемого выпрямителя, к выходу которого подключена обмотка под- магничивания управляемого реактора. Технический результат обеспечивается тем, что рабочие обмотки управляемого реактора включены на напряжение в/Траза меньше половины линейного напряжения электри- ческой сети и регулирование индуктивного сопротивления реактора осуществляется как за счет изменения тока подмагничива- ния в зависимости от угла управления тири- сторов выпрямителя, так и за счет изменения степени шунтирования рабочих обмоток управляемого реактора обмоткой подмагничивания через тиристоры выпрямителя.

Таким образом снижается напряжение на рабочих обмотках реактора и регулируется индуктивность реактора одновременно за счет изменения степени подмагничивания и степени шунтирования рабочих обмоток реактора обмоткой подмагничивания.

На фиг. 1 приведена схема тиристорного источника реактивной мощности; на фиг.2 и 3 - векторные диаграммы напряжений на элементах источника.

Тиристорный источник реактивной мощности состоит из конденсаторных бата- рей 1, соединенных в треугольник и включенных на линейное напряжение электрической сети. Каждая сторона треугольника содержит по две последовательно соединенные конденсаторные батареи 1. К средним точкам треугольника конденсаторных батарей подключены рабочие обмотки

2управляемого реактора с вращающимися магнитными полями, соединенные в звезду, и трехфазный управляемый выпрямитель 3, к выводам постоянного тока которого подсоединены обмотка подмагничивания и реактора.

Устройство автоматического управления тиристорным источником реактивной мощности (фиг.1) состоит из трансформатора-тока 5 и трансформатора напряжения 6, подключенных к электрической сети 7, выходы которых через каналы обработки тока 8 и напряжения 9 соединены с фазочувст- вительным блоком 10. Первый выход блока 10 через интегрирующий блок 11 подключен к блоку управления 12, выходы которого соединены с цепями управления тиристоров 14 выпрямителя 3. Второй выход блока 10 через блок сравнения подключен ко второму выходу интегрирующего блока 11.

Векторная диаграмма напряжения на конденсаторных батареях 1 (Uc) и рабочих обмотках 2 (Up) управляемого реактора при полностью закрытых тиристорах выпрямителя 3 приведена на фиг,2. При полностью открытых тиристорах выпрямителя 3 (максимальное подмагничивание и шунтирование), когда индуктивное сопротивление реактора близко к нулю, векторная диаграмма напряжений представлена на фиг.З.

Работает устройство следующим образом. При закрытых тиристорах выпрямителя

3индуктивное сопротивление управляемого реактора максимальное. К рабочим обмоткам 2 реактора приложено напряжение меньше, чем к каждой конденсаторной батарее 1 (фиг.2). Реактивная мощность, выдаваемая в электрическую сеть, рзвна

Ос(1) ()2 6 со С 4,5 ифазн.2 о) С,

з

(i)Lp

0,75

Q(1) Qc(1)-Qp(1).

При полностью открытых тиристорах выпрямителя 3 напряжение на обмотках под- магничивания 4 практически близко к нулю. Индуктивное сопротивление реактора за счет подмагничивания его магнитной системы вы- прямленным шестифазным током и шунтирования рабочих обмоток 2 реактора обмоткой подмагничивания 4 через тиристоры выпрямителя 3 близко к нулю. Напряжение на каждой конденсаторной батарее возрастает до фазного напряжения электрической сети Офазн. (фиг.З). Тогда реактивная мощность, выдаваемая в сеть;составит:

J2)

(2).

QcW бифазн О) С, . Q((2).

(2),

Реактивная мощность реактора Сг снижается практически до нуля, а реактивная мощность конденсаторной батареи ,Qc возрастает на 33%, по сравнению с Qc .

При промежуточном угле управления тиристоров выпрямителя 3 генерируемая реактивная мощность тиристорного источ- ника находится в пределе от Сг2 до Сг1 .

Автоматическое регулирование реактивной мощности, выдаваемой в электрическую сеть 7, осуществляется изменением угла управления тиристоров выпрямителя 3 в функции угла сдвига между током нагрузки и напряжением электрической сети 7. Ток нагрузки от трансформатора тока и напряжение сети от трансформатора напряжения 6 проходят по каналу обработки тока 8 и каналу обработки напряжения 9, на выходе которых образуютсяпрямоугольные импульсы, поступающие на входы измерительного фазочувствительного блока 10. На выходе блока 10 появляются импульсы, длительность ко- торых равна углу сдвига между током и напряжением нагрузки, поступающие на вход интегрирующего блока 10. Выходное напряжение блока 11 задает угол управления тиристоров выпрямителя 3, воздействуя на блок управления 12. Синхронизация импульсов управления осуществляется от прямоугольных импульсов напряжения электрической сети 7, поступающих с других выходов канала преобразования 9. В блоке сравнения 13 происходит сравнение импульса фазового сдвига как по величине, так и по характеру тока нагрузки (индуктивный или емкостный). При индуктивном токе и фазовом угле сдвига в заданЮ15

0

5

0

5 0 5 0 5

ном диапазоне напряжение на конденсатор интегрирующего блока 11 сохраняется нет менным. Если фазовый угол Полине пп.-чно- го, блок сравнения 13 выдает ргпрешение на уменьшение угла управления импульсов, поступающих с выхода блока 12 в цепи ynpap/ie- ния тиристоров под действием напряжения блока 11. При емкостном характере тока нагрузки блок 13 дает разрешение нзувеличение угла управления тиристоров выпрямителя 3 под воздействием выходного напряжения интегрирующего блока 11.

Изобретение может найти применение в электрических сетях энергосистем и в системах электроснабжения промышленных предприятий для компенсации реактивной мощности с целью снижения потерь активной мощности и регулирования напряжения в электрической сети. Тнристорный источник реактивной мощности может быть использован также в качестве настраиваемого фильтро-компенсирующего устройства для компенсации высших гармоник, учитывая, что реактор с вращающимся магнитным полем слабо генерируется высшие гармоники.

Экономический эффект от применения устройства может быть достигнут за счет улучшения технико-экономических показателей: из-за снижения напряжения на обмотках управляемого реактора уменьшаются затраты на его изоляцию; из- за возможности снижения минимального значения индуктивности сопротивления реактора практически до нуля, увеличивается диапазон регулирования реактивной мощности без увеличения затрат, благодаря увеличению быстродействия регулирования повышается качество регулирования напряжения при резко переменных и ударных нагрузках, из-за слабой генерации высших гармоник, что заложено в принципе действия реактора с вращающимся магнитным полем, возможно использование устройства для настраиваемой компенсации высших гармоник.

Формула изобретения

Тиристорный источник реактивной мощности, содержащий соединенные в треугольник конденсаторные батареи, каждая из которых состоит из двух последовательно включенных конденсаторов, управляемый реактор и управляемый выпрямитель, о т- личающийся тем, что, с целью повышения экономичности, быстродействия и диапазона регулирования, рабочие обмотки реактора соединены в звезду и подключены к средним точкам соединения батарей и к входу управляемого выпрямителя, к выходу которого подключена обмотка под- . магничивания реактора.