Электрический фильтр-компенсатор Советский патент 1981 года по МПК H02H9/08 

(54)ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР- КОМПЕНСАТОР

t

Изобретение относится к электроэнергетике и может найти широкое при менение в силовой преобразовательной технике, например, перецачак постоянного тока.

Известны LC - фильтры, прецназначенные аля снижения искажений в кривой напряжения, вызванных работой преобра- звательных устройств. Лия повышения технико-экономического показателя таких фильтров на них возлагают две задачи: шунтирование высших гармоник тока, генерируемых преобразовательными устройствами, и генерирование реактивной мришости Ul.

Эффективность работы таких фильтров компенсаторов существенным образом зависит от постоянства частот на шинах присоединения, стабильности параметров элементов фильтра. Псюышение эффективности работы достигается путем регулирования в некотором диапазоне параметра одного из элементов фильтра - ком-

пенсатора - емкости конденсаторной батареи, либо нндуктивнЪсти реактора.

Наиболее близким к предлагаемому является электрический фильтр, эффективность работы которого повышается за счет регулирования величины индуктивности. Этот фильтр, кроме конденсаторной батареи и основной индуктивности, соединенных последовательно, имеет дополнительную индуктивность, которая через биполярный вентильный ключ включена параллельно основной индуктивности. Изменением угла запаздывания вклю-: чения вентилей ключа регулируется ддв тельность проводящего состояния вентилей и, следовательно, величина эквивалентной индуктивности фильтра, что позволяет подстраивать резонансную частоту фильтра в точном соотношении с частотой фильтруемого тока, повышая, таким образом, эффективнесть работы фильтра.

Указанный фильтр), эффективен в там числе, если величина тока частоты фильтрации значительно превышает величины токов всех других гармоник 2J. Недостатком данного фильтра является низкая эффективность при работе в качестве фильтра-чсомпенсатора, так как через фильтр-компенсатор проходит ток, имеющий аве составляющие: первой гармоники и гармоники частоты фильтрации. В общем случае величины составляющих тока через фильтр-компенсатор одного по рядка, поэтому длительность проводящего состояния вентилей ключа .определяется, в основном, током кривой первой гармоники, что значительно ограничивает диапазон плавного регулирования величины эквивалентной индуктивности фильтракомпенсатора на частоте фильтруемой гармоники. Если величина тока первой гармоники превышает величину тока гармоники фильтрации, плавное регулировани эквивалентной индуктивности на частоте тока фильтрации становится невозможным К недостатку этого фильтра следует также отнести большую величину рабочего напряжения дополнительной индуктивности и биполярного вентильного ключа, рав ную величине рабочего напряжения основной индуктивности. Цель изобретения - повышение эффективности работы при произвольном соотношении между величинами токов первой, и фильтруемой гармоник. Указанная цель достигается тем, что электрический фильтр-компенсатор дли электрических сетей, содержащий основную конденсаторную батарею и основной реактор, соединенные последовательно, и цепочку из последовательно соединенных дополнительного реактора и биполярного вентильного ключа, снабжен дополнительной конденсаторной батареей, включенной последовательно с основной конденсаторной батареей и основным реактором, причем один вывод дополнительного конден(сатора подсоединен к одн&му из выводов реактора, а ко второму выводу дополни- тельного конденсатора подсоединен вывод цепочки, при этом основной реактор вы- полнен с отпайкой, к которой подсоединен второй вывод цепочки. В качестве дополнительной конденсаторной батареи может быть использована часть конденсаторов основной конденсаторной батареи. На фиг. 1 и 2 приведены принципиальные схемы предлагаемого фильтра-КоК пен сатора. Электрический фильтр-компенсатор (фиг. 1) содержит основную конденсаго})864ную батарею 1, последовательно соеди- ненны9 с ней основную индуктивность 2 и дополнительную конденсаторную батарею 3, и цепь из последовательно соединенных дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5, соединенную с выходом дополнительной конденсаторной батареи и отпайкой 6 основной индуктивности 2. Устройство работает следующим образом. Для того, чтобы регулировать величину эквивалентной индуктивности фильтра-компенсатора, повышая таким образом эффективность его работы, независимо от соотношении токов первой и фильтруемой гармоник, последовательно с основной индуктивностью 2 включается дополнительная конденсаторная батарея 3. Основная индуктивность 2 и дополнительная конденсаторная батарея 3 образуют вспомогательный фильтр, собственная частота которого равна.частоте первой гармоники. На частоте первой, гармоники входное сопротивление вспомогательного фильтра равно нулю, поэтому ток первой гармоники полностью проходит через вспомогательный фильтр и отсутствует в цепи из дополнительной индуктивности 4 и биполярного -вентильного ключа 5, которая включена параллельно вспомогательному фильтру (на фиг. 1 показано пунктирной линией). На частоте фильтруемой гармоники входное сопротивление вспомогательного фильтра носит индуктивный характер. Поскольку дополнительная индуктив. ность шу.ртирует вспомогательный фильтр только в течение части периода фильтруемой гармоники тока, определяемой деятельностью проводящего состояния биполярного вентильного ключа 5, эквивалентное индуктивное ;опротивление фильтракомпенсатора на частоте фильтруемой гармоники тока равно X Х -КХу 9К8 Д® Х4 - сопротивление вспомогательного фильтра, образованное конденсатором 3 и индуктивностью 2; 5 -сопротивление дополнительной индуктивности 4; -функция, изменяющаяся от 1 до во . и зависящая от длительности гфоводящего состояния биполярного вентильного ключа 5. 58 Дпительносгь проводящего состояния слеаовательно, величина коэффицкенга К/( зависит от величины угла эапаэцывания включения биполярного вентильного клю на 5. Таким образом, применение вспо- могательного фильтра обеспечивает частоту коммутации биполярного вентильного ключа 5 с частотой фильтруемой гармоники независимо от соотношения величин первой и фильтруемой гармоник тока а изменение величины угла запаздывания включения биполярного вентильного ключа 5 позволяет подстраивать резонансную частоту предлагаемого фильтра-компенсатора в точном соответствии с час- тотой фильтруемой гармойики тока. Для снижения величины рабочего напряжения дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5 основная индуктивность 2 снабжена отпайкой 6. Цепь из дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5 включена через отпайку 6 параллельно вспомогательному фильтру, образованному частью основной индуктивноети 2 и дополнительной конденсаторной батареей 3. Поскольку на частоте фильтруемого тока сопротивление вспомогательного фильтра составляет только часть эквивалентного индуктивного сопротивления предлагаемого фильтра-компенсатора, величина напряжения, приложенного к допопнительной индуктивности 4 и биполяр ному вентильному ключу 5, составляет только часть напряжения, приложенного к эквивалентной индуктивности фильтракомпенсатора. Эквивалентное индуктивное сопротивление предлагаемого фильтракомпенсатора на частоте фильтруемого тока равно: У -X -X 1 экв 1 4 где - сопротивление основной индук- тивности 2; Хц - сопротивление вспомогательного фильтра; Х - сопротивление дополнительной индуктивности 4} У. - функция, изме няющаяся от 1 до во и , зависящая от олвтельности проводящего состояния биполяр ного вентильного ключа 5. С целью конструктивного упрощения схемы, приведенной на фиг. 1, прецлагается часть основной конденсаторной бата реи использовать в качестве дополнитель ной конденсаторной батареи. Электрический фильтр-компенсатор (фиг. 2) содержит основную конденсаторную батарею 1 и последовательно соединенную с ним основную индуктивность 2. Дополнительная конденсаторная батарея 3 является частью основной конденсаторной батареи 1. Дополнительная батарея 3 и последовательно включенная с ней . основная индуктивность 2 образуют вспомогательный фильтр. Цепь из последовательно соединенных дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа шунтирует вспомогательный фильтр. Основная индуктивность 2 снабжена отпайкой 6. Для регулирования величины эквивалентной индуктивности предлагаемого фильтра-компенсатора (на фиг. 2 показано пунктирной линией), с целью подстройки его собственной частоты независимо от соотношении токов первой и фильтрующей гармоник, вспомогательный фильтр настроен на частоту первой гармоники. Поэтому в цепи, состоящей из последо- . вательно включенных дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5, отсутствует ток первой гармоники и биполярный вентильный ключ 5 коммутирует с частотой фильтруемой гармоники. Величина эквивалентного индуктивного сопротивления фильтра-«омпенсатора на частоте фильтрации определяется из выражения (1), Для снижения величины рабочего напряжения дополнительной индуктивности 4 и биполярного вентильного ключа 5 основная индуктивность 2 снабжена отпайкой 6. Цепь из дополнительной индуктивности 4 И биполярного вентильного ключа 5 включена через отпайку 6 параллель но вспомогательному фильтру, образованному частьк основной индуктивности 2 в дополнительной конденсаторной батареей 3, являющейся частью основной конденсаторной батареи 1. Поскольку на частотефильтруемого тока за счет отпайки 6 сопротивление вспомогательного фильтра составляет часть эквивалентной индуктивности предлагаемого фильтра-компенсатора, величина напряжения, приложенного к дополнительной индуктивности 4 и биполярному вентильному ключу 5, составляет только часть напряжения, приложенного к эквивалентной индуктивности фильтра-компенсатора Величина эквивалентного индуктивного сопротивления фильтра-компенсатора на частоте фильтрации определяется из выражения (2). Применение отпайки у основной инаук- тивности в предлагаемом фильтре-компен саторе позволяет не только снизить рабо чее напряжение, но и уменьшить величину дополнительной индуктивности. Снижение параметров дополнительной индуктивности позволяет использовать ее в качестве анодного реактора биполярного вентильного ключа, к(жструктивно объединив их в единый аппарат. . Введение в состав вспомогательного (|тльтра позволяет йсключ 1ть ток и напрязкение первой гармоники в цепи дополнительной индуктивности и биполярного вентильнрго ключа и, следовательно, регу лировать его резонансную частоту незави симо от соотношения токов первой и филь руемой гармоник что повышает эффективность фильтра«1сомпенсатора. Использование для вспомогательного фильтра основной индуктивности и части основной конденсаторной батареи упрощает схему и не требует дополнительных затрат на сооружение фильтра-компенсато ра, так как в связи с повышением напряжения на осношюй конденсато(И1ой батарее фШ1Ьтра 4сс «пенсатора1, вызванного н включением последовательной индуктивности, в ней: устанавливаются избыточные конденсаторы. В предлагдемом фильтрекомпенсаторе эти избыточные конденсато собраны в дотолнительную конденсатс шую батарею. Компенсация индуктивного сопротивления или части его основной индуктивное- тн емкостным сонротнвленнем арпопнительной кшвенсатортгой батареи позволяет повысить величину генерируемой реакФиёной мощности предлагаемого льтра- компенсатора, ,что также приводит к повышению его эффективности. Применение основной индуктивности с отпайкой позволяет снизить уровень рабочего напряжения на дополнительной индуктивности и биполярнсмм вентильном ключе и уменьшить их стоимость, а также дает возможность использовать дополнительную индуктивность в качестве анодного реактора биполярного вентильного ключа, конструктивно объединив их в единый аппарат. Это позволяет упростить схему предлагаемого фильтра-компенсатора, сделать ее более удобной в.монтаже и эксплуатации. Формула изобретения 1. Электрический фильтр-осомпенсатор для электрических систем, содержащий основную конденсаторную батарею и основной реактор, соединенные послецоватёльно, и цепочку из последовательно соединенных дополнительного реактора и биполярного вентильного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы при произвольном соотношении между величинами токов первой и фильтруемой гар- МОНИК, он снабжен дополнительной конденсаторной батареей, включенной последовательно с основной конденсаторной батареей и основным реактором, причем один вывод дополнительного конденсатора подсоединен к одному из выводов реактора, а ко второму выводу дополнительного конденсатора подсоединен вывод цепочки, при этом основной реактор выполнен с отпайкой, к которой подсоединен второй вьтод цейочки. а. Электрический фильтр по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дополнительной конденсаторной батареи использована часть конденсаторов.основной конденсаторной батареи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Поссе А. Ё. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. Л., Энергия, 1973, с. 227-228. 2.Авторское свидетельство СССР № 432634, кл. Н О2 D 1/02, 1971.

4ГТП

т