Устройство для компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02J3/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для регулирования, устранения или компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока.

Известно устройство для компенсации реактивной мош,ности в сетях переменного тока, включающее по каждой фазе последовательно соединенные группы конденсаторов и блок управления. Регулирование мощности батареи осуществляется изменением числа последовательно соединенных конденсаторов 1.10

Недостатком этого устройства является то, что регулирование реактивной мощности осуществляется ступенчато-поочередным подсоединением секций конденсаторной батареи к сети переменного тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока, включающее конденсаторную батарею, каждая из секций которой снабжена тиристорным ключом, соединен- 20 ным с блоком управления. Блок управления снабжен датчиком реактивной мощности и блоком выбора тиристорного ключа. Регулировка реактивной мощности проводится поочередным выключением и включением секций конденсаторной батареи 2.

Недостатком этого устройства является то, что для повышения точности компенсации путем увеличения количества ступеней регулирования необходимо увеличить количество секций конденсаторной батареи, что усложняет схему ее управления.

Цель изобретения - повышение точности компенсации путем увеличения количества ступеней регулирования без увеличения количества секций конденсаторной батареи.

Эта цель достигается тем, что в устройстве компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока, содержащем конденсаторную батарею, каждая из секций которой снабжена тиристорным ключом, соединенным с блоком управления, снабженным датчиком реактивной мощности и блоком выбора тиристорного ключа секции, блок управления снабжен реверсивным счетчиком импульсов, генератором высокочастотных импульсов, генератором импульсов управления, блоком совпадения, другим счетчиком импульсов и конъюнкторами. Одна из секций конденсаторной батареи дополнительно снабжена цепью гашения ти3

ристорного ключа. Датчик реактивной мощности через конъюнкторы соединен со счетными входами реверсивного счетчика, выходы младших разрядов которого подключены к блоку совпадения. К блоку совпадения через другой счетчик импульсов подключен генератор высокочастотных импульсов, который подсоединен к другим входам указанных конъюнкторов. Выход блока совпадения соединен с цепью гашения тиристорного ключа указанной секции. К тиристорному ключу той же секции конденсаторной батареи подключен генератор импульсов управления. Выходы старших разрядов реверсивного счетчика импульсов подключены к блоку выбора тиристорного ключа, а блок выбора через другие конъюнкторы подключен к тиристорным ключам остальных секций конденсаторной батареи, а ко вторым входам этих конъюнкторов подсоединен генератор импульсов управления.

Такая схема позволяет с помощью одной секции регулировать часть реактивной мощности, осуществляя неограниченное количество ступеней, подсоединяя конденсаторы этой секции к сети путем изменения фазового угла, а остальную часть ступенчато, т. е. путем поочередного подсоединения или отсоединения остальных секций конденсаторной батареи. Таким образом, осуществляется плавная (с неограниченным количеством мелких ступеней) «докомпенсация реактивной мощности, и тем самым повышается точность компенсации во всем диапазоне регулирования.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из конденсаторной батареи 1 и блока управления 2. Конденсаторная батарея 1 состоит из параллельно подключенных к сети переменного тока секций: одной секции 3 и п секций 4. Секция 3 снабжена конденсатором 5 (в случае регулировки реактивной мощности трехфазной сети переменного тока используются три конденсатора 5, соединенные по схеме «треугольник) .

Последовательно конденсатору 5 подключен тиристорный ключ 6, параллельно которому подсоединена цель его гащения. Каждая секция 4 конденсаторной батареи 1 также по каждой фазе снабжена конденсатором 8, последовательно которому подключен тиристорный ключ 9. Тиристорные ключи 6 и 9 представляют собой пару встречно-параллельно соединенных тиристоров, а цепь 7 гашения тиристорного ключа 6 может быть выполнена в виде пары встречно-параллельно соединенных тиристоров с последовательно подключенным конденсатором с цепью его заряда (на чертеже не показано).

Емкость конденсатора 5 секции 3 конденсаторной батареи I соответствует емкости наименьшего конденсатора 8 секции 4

(при значениях емкости конденсаторов 8 секций 4, составляющих геометрическую прогрессию), она может быть равна емкости конденсатора 8 секции 4 (при равных емкостях конденсаторов 8 всех секций 4). Блок 2 управления содержит датчик реактивной мощности, представляющий собой формирователь 10 прямоугольных импульсов длительностью, пропорциональной реактивной мощности в сети, а конкретно - фазовому углу рассогласования между током

и напряжением сети переменного тока, а также генератор 11 высокочастотных им пульсов, с частотой следования 20-200 кГц. Выходы формирователя 10 подключены к одним входам конъюнкторов 12, вторые входы которых соединены с генератором 11 высокочастотных импульсов. Выходы конъюнкторов 12 подключены соответственно к. су.ммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 13 импульсов, причем выход генератора 11 высокочастотных импульсов через делитель 14 частоты подключен к счетному входу счетчика 15 импульсов. Количество счетчиков 15, параллельно подключенных через делитель 14 частоты к генератору 11 высокочастотных импульсов; соответствует количеству регулируемых фаз

S сети переменного тока.

Выходы младщих разрядов реверсивного счетчика 13 импульсов, а также выходы счетчика 15 импульсов подключены к блоку совпадения 16. При регулировании реактивной мощности трехфазной сети переменного тока выходы младших разрядов реверсивного счетчика 13 импульсов параллельно подключены к трем блокам совпадения 16, к которым подсоединены выходы счетчиков 15 импульсов соответственных фаз сети. Выход блока совпадения 16 подключен к цепи 7 тиристорного ключа 6 секции 3 конденсаторной батареи 1.

Выходы старших разрядов реверсивного счетчика 13 импульсов подключены к блоку выбора тиристорного ключа, который представляет собой дешифратор 17. К выходам дешифратора 17 подсоединены конъюнкторы 18, вторые входы которых подсоединены к генератору 19 управляющих импульсов с частотой следования, кратной частоте колебаний сети переменного тока. Выходы конъюнкторов 18 подсоединены к тиристорному ключу 9 каждой секции 4 конденсаторной батареи I. Количество конъюнкторов 8 для регулирования однофазной сети, соответствующее количеству секций 4 конденсаторной батареи 1, не долж/но превыщать количества возможных кодовых комбинаций, осуществляемых старщими разрядами реверсивного счетчика 13 импульсов. При необходимости регулировки реактивной мощности трехфахной сети переменного тока к каждому выходу дешифратора 17 подсоединяются по три конъюнктоpa 18. Вторые входы каждого из трех конъюнкторов 18, подключенных к одному выходу дешифратора 17, подсоединяют к отдельному генератору 19 управляющих импульсов.

К выходу генератора 19 импульсов управления также подсоединен ключ 6 (при регулировании трехфазной сети к выходу каждого из трех генераторов 19 - один из трех тиристорных ключей 6 секции 3).

Емкость младших разрядов реверсивного счетчика 13 импульсов выбирается максимальной, емкость разрядов счетчика 15 импульсов равняется емкости младших разрядов реверсивного счетчика 13.

Емкость старших разрядов реверсивного счетчика 13 импульсов (т.е. разрядов, подключенных к дешифратору 17) соответствует количеству секций 4 конденсаторной батареи 1.

Устройство работает следуюш,им образом.

Из генератора 19, например в каждую вторую четверть периода сети в тиристорный ключ секции 3 конденсаторной батареи 1 поступают импульсы, подключая через тиристорный к.тюч 6 конденсатор 5 к сети переменного тока. Одновременно из формирователя 10 через один из конъюнкторов 12 (в зависимости от знака фазового угла рассогласования) поступают прямоугольные импульсы, шириной соответствующей величине фазового угла рассогласования пропорциональной реактивной мощности). В это время во вторые входы конъюнкторов 12 поступают импульсы из генератора 11 высокочастотных импульсов. Таким образо.м, в суммирующий или вычитающий счетный вход реверсивного счетчика импульсов 13 поступают прямоугольные пачки импульсов, которые реверсивным счетчиком 13 превращаются в двоичный код и суммируются или вычитаются. Количество высокочастотных импульсов в каждой пачке зависит от ширины прямоугольного импульса, т. е. от величины реактивной мощности, которую требуется отдать в сеть. Одновременно импульсы из генератора 11 высокочастотных импульсов через делитель 14 частоты поступают на счетный вход счетчика 15 импульсов, которым превращаются в двоичный код и суммируются, периодически начиная с «нуля. Сброс счетчика 15 импульсов на «ноль может быть осуществлен два раза в период колебания сети, например при прохождении напряжения сети через «ноль.

Если фазовое рассогласование такое, что заполняются только .младщие разряды реверсивного счетчика 13, с их выходов и выходов счетчика 15 импульсов кодовые комбинации поступают на блок 16 совпадения. В момент совпадения кодов реверсивного счетчика 13 импульсов и счетчика 15, схема 16 совпадения выдает импульс, фазовый угол которого в пределах периода работы счетчика 15 зависит от числа импульсов, накопленных в реверсивном счетчике 13, и, следовательно, от фазового угла рассогласования (от реактивной мощности в сети). Этот импульс подается в цепь 7 гашения тиристорного ключа 6 секции 3 J конденсаторной батареи 1, открывая тиристор цепи 7 гашения и тем самым осуществляя гашение тиристора тиристорного ключа 9. Таким образом, конденсатор 5 секции 3 конденсаторной батареи в каждый полупериод колебания сети подключается

0 к сети переменного тока на определенное время, зависящее от момента гашения тиристорного ключа 6. Этот момент зависит от фазового угла импульса, вырабатываемого блоком 16 совпадения. В промежуток времени подключения конденсатора 5 ток через него протекает в сеть, таким образом компенсируя часть реактивной мощности. Ступенчатость перехода от одного фазового угла гащения тиристорного ключа 6 к другому (т.е. ступенчатость компенсации) зависит от количества младших разрядов реверсивного счетчика 13 импульсов, которое практически неограничено, таким образом, регулирование части реактивной мощности, определяемой емкостью конденсатора 5, осуществляется плавно через неограниченное количество мелких ступеней.

Если рассогласование в сети такое, что заполнены и старшие разряды реверсивного счетчика 13 (или их часть), то в зависимости от состояния старших разрядов

0 счетчика 13 через дешифратор 17 импульсы подаются в один, два, п конъюнкторов 18, через которые в тиристорные ключи 9 одной, двух, п секций 4 конденсаторной батареи 1 пропускаются импульсы генератора 19, открываюш,ие тиристорные ключи 9 и подключающие к сети переменного тока п секций 4 конденсаторной батареи 1.

Поскольку включение секций 4 конденсаторной батареи и изменение фазового угла подключения секций 3 взаимосвязано, т.е.

0 зависит от состояния разрядов того же счетчика 13, и состояние одних разрядов влияет на состояние других, то одновременно с изменением на каждую ступень реактивного тока с помощью секций 4 производится изменение фазового угла подключения секции 3 и дополнение суммарного реакторного тока конденсаторной батареи до требуемого.

В случае скомпенсирования реактивной 0 мощности в сети импульсы формирователем 10 не вырабатываются, на реверсивный счетчик 13 они не поступают, состояние реверсивного счетчика 13 остается неизменным, и к сети с каждым поступлением импульса генератора 19 в соответственные тиристорные ключи 9 подключается все то же количество секций 4 конденсаторной батареи, а фазовый угол подсоединения к сети конденсатора 5 не меняется. Устройство в

таком состоянии остается до тех пор, пока в сети опять не появляется рассогласование, при котором компенсация реактивной мощности происходит вышеописанным образом.

Количество ступеней компенсации с помощью секции 3 зависит от количества младших разрядов реверсивного счетчика 13, подключенных к блоку совпадения 16. Поскольку увеличение количества разрядов в счетчике при его выполнении трудностей не составляет, нетрудно без увеличения количества секций конденсаторной батареи соответственно количеству ступеней регулирования с помощью секций 3 добиться максимально плавной компенсации, увеличив тем самым ее точность. С другой стороны, даже при количестве младших разрядов, больше одного, общее количество ступеней регулирования повышается, поскольку дополнение с помощью секции 3 производится как будто между ступенями, составляемыми секциями 4.

С помощью предлагаемого устройства путем изменения фазового угла подсоединения конденсатора секции 3 к сети переменного тока достаточно регулировать только небольшую часть всего реактивного тока, что по сравнению с устройствами компенсации, осуществляющими такое регулирование во всем диапазоне, позволяет значительно уменьшить ток высших гармоник. Причем регулировка фазовым способом только части реактивного тока, чем обуславливается и соответственно меньшая мощность секции 3, исключает необходимость применения в ней мощной цепи гашения, что способствует удещевлению предлагаемого устройства, а также повыщению КПД устройстна.

Формула изобретения Устройство для компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока, содержащее конденсаторную батарею, каждая из секций которой снабжена тиристорным ключом, соединенны.м с блоком управления, снабженным датчиком реактивной мощности и блоком выбора тиристорного ключа секции, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности компенсации путем повыщения количества ступеней регулирования, блок управления снабжен реверсивным счетчиком импульсов, генератором высокочастотных импульсов, генератором импульсов управления, блоком совпадения, вторым счетчиком импульсов и конъюнкторами, а одна секция конденсаторной батареи снабжена цепью гащения тиристорного ключа, причем, датчик реактивной мощности через конъюнкторы соединен со счетными входами реверсивного счетчика импульсов, выходы младщих разрядов которого подключены к блоку совпадения, к которому через второй счетчик импульсов подключен генератор высокочастотных импульсов, который

0 подключен к другим входам конъюнкторов, выход блока совпадения соединен с цепью гашения тиристорного ключа упомянутой секции конденсаторной батареи, к тиристорному ключу которой подключен генератор импульсов управления, выходы старщих разрядов реверсивного счетчика импульсов подключены к блоку выбора тиристорного ключа секции, блок выбора через другие конъюнкторы подключен к тиристорным ключам остальных секций конденсаторной ба(j тареи, а со вторыми входами этих конъюнкторов соединен генератор импульсов управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 558349, кл. В 02 J 3/18, 1975.