Фильтро-компенсирующее устройство Советский патент 1981 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к области улучшения качества напряжения в элек трических сетях, а именно к подавлению высших гармонических составляющих, присутствующих в спектре напряжения и к регулированию величины уровней напряжения в электрических сетях. Такое устройство может быть использовано в электрических сетях, питающих электрические нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой , например вентильные преобразователи. Известно, что вентильные преобразователи требуют значительную реактивную мощность и генерируют в питаю щую их сеть высшие гармоники тока, вредное влияние которых на все эле-. менты,сети общеизвестно СО . Благодаря своей рентабельности по сравнению с другшда источниками реак тинной мощности, шунтовые конденсато ные батареи нашли широкое распростра нение в электрических сетях в качест ве дополнительных источников реактивной мощности. Однако шунтовые конденсаторные батареи особенно чувствительны к высшим гармоникам тока. Легко проникая в них, токи высших гармоник перегружают диэлектрик конденсаторов и вызывают его преждевременное старение. Кроме того, возможен резонанс тока на частоте одной из гармоник, что еще больше перегружает конденсаторы и вызьгаает ухудшение несинусоидапьности напряжения в элект1 ической сети. Значительное распространение в электрических сетях вентильных преобразователей и других потребителей с нелинейной вольтамперной характеристикой вызывает серьезные затруднения с применением шунтовых конденсаторных батарей. Для ограничения токов высших гармоник, проникающих в шунтовые конденсаторные батареи, последовательно с ними включают иидуктивность такой вегдичины, чтобы совместно с емкостью конденсаторов батарей образовывалась резонансная цепь, настроенная на частоту одной из гармоник. При этом получается двухцелевое устройство: компенсация реактивной мощности и минимизация высших гармоник. Его можно назвать фильтро-компенсирующим устройством. Однако режим работы конденсаторной батареи в фильтро-компенсирующем устройстве достаточно тяжел, так как она загружается током фильтруемой гармоники, а напряжение на ней повьшается не только за счет этого тока, но и за счет настраивающей индуктивности при номинальном напряжении питающей сети пропорционально коэффициенту: i d -V - где 1 - порядковый номер гармоники, на которую настроен фильтр. Если же напряжение в электрической сетл превышает номинальное значение, то режим работы конденсаторов фильтро-компенсирующих устройств еще больше утяжеляется. Таким образом, н обходимо управление режимом работы конденсаторов фильтро-компенсирующих устройств. Известно компенсирующее устройство, содержащее шунтовую конденсаторную батарею, регулировочный автотран сформатор и последовательный трансформатор, причем вторичная обмотка последовательного трансформатора включена последовательно с батареей Изменение положения переключателя ответвления регулировочного автотран сформатора вызывает изменение добаво ного напряжения, вводимого в цепь питания батареи, последовательным трансформатором, и, следовательно, напряжения на выводах батареи прямо пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Напряжение ступени регулирования обычно составляет величину порядка 1-1,5% номинального напряжения, устройство позволяет осу ществлять изменение отдаваемой мощности батареи небольшими ступенями (1,5-3%) без дополнительных выключателей. Пределы регулирования мопрости оп ределяются пределами регулирования наттряжения. Например, регулирование напряжения в пределах ±25% обеспе-чивает изменение мощности батареи в 2,8 раза. Такое устройство может быть использовано в качестве фильтро-компенсирующего, однако эффективность его применения может оказаться незначительная, а конденсаторы могут вь1стро выйти из строя по причине перегрузки их токами гармоник и перенапряжения на них. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повьшение надежности и сохранности конденсаторов шунтовых конденсаторных батарей при их эксплуатации в электрических сетях с высшими гармониками тока. Эта цель достигается в фильтрокомпенсирующем устройства, содержащем батарею конденсаторов и последовательный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с вьшодом для подключения к питающей сети и соединена последовательно с конденсаторной батареей, второй вьшод которой подсоединен к второму выводу для подключения к питающей сети, снабжено тиристорными ключами в виде встречно-параллельно включенных вентилей с блоком управления, датчиком тока и датчиком напряжения, выводы которых соединены с блоком управления ключами, а трансформатор вьтолней с двумя первичными обмотками, соединенными последовательно, причем точка соединения первичных обмоток подсоединена к выводу для подсоединения к питающей сети вторичной обмотки а к свободным концам первичньпс обмоток подсоединены выводы тиристорньос ключей, вторые выводы которых подсоединены к второму выводу для подсоединения к питакицей сети. На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит шунтовую конденсаторную батарею ) с выводом для подключения к питающей сети, последовательно с которой соединена вторичная обмотка последовательного трансформатора 2 с двумя первичными обмотками, соединенными последовательно, к свободным концам которых подсоединень: тиристорный ключ 3 для встречного включения обмоток последовательного трансформатора и тнрнсторный ключ 4 для согласного включения обмоток последовательного трансп форматора с системой 5 управления ти5ристорньми ключами, к входу которой подсоединены выходы датчика 6 тока и датчика 7 напряжения. Устройство работает следующим образом. В режиме, .когда величина тока нагрузки фильтро-компенсирующего устройства токами высших гармоник начинает превышать значение I конденсаторов или напряжение на них приближа ется к величине 1,1 U, сигнал от датчика 6 тока или датчика 7 напряжения поступает на систему 5 плавного управления тиристорными ключами такий образом, что открывается только ключ 3 и подключает одну из первичных обмоток последовательного трансформатора 2 на напряжение фильт ро-компенсирующего устройства встречно с вторичной. При этом напряжение на конденсаторах снижается и и токовая нагрузка уменьшается. В режиме, когда напряжение электрической сети становится меньше 1ц, а токовая нагрузка фильтро-компенсирующего устройства меньше 1ц конденсаторов, от датчика 6 тока и датчика 7 поступают сигналы на систему 5 пла ного управления тиристорными ключами таким образом, что ключ 3 закрываетс а ключ 4 открывается и подключает вт рую первичную обмотку последовательн го трансформатора 2 на напряжение фильтро-компенсирующего устройства согласно с вторичной. При этом напря жение на конденсаторах, возрастает и возрастает величина еактивной мощности, вьщаваемой фильтро-компенсирующим устройством, однако величина его тока не должна превьшать . Известно срок службы конденсаторов, выпускаемых нашей промышленност дпя шунтовых конденсаторных батарей, составляет 20 лет. Однако по причине перегрузки токами высших гармоник и перенапряжений на конденсаторах в большинстве случаев их примеиения в электрических сетях с высшими гармониками тока они уже в течение первого года эксплуатации выходят из строя. Годовая экономия от примене гия предлагаемого фильтро-компенсирующего устройства составит около 2000 руб, в год и при этом повысится срок службы конденсаторов. Формула изобретения Фильтро-компенсирующее устройство, содержащее батарею конденсаторов и последовательный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с выводом для подключения к питающей сети и соединена последовательно с конденсаторной батареей, второй вывод которой подсоединен к второму выводу- для подключенная к питающей сети, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения надежности и срока службы конденсаторов, оно снабжено тиристорными ключами в виде встречно-параллельно включенных вентилей с блоком управления, датчиком тока и датчиком напряжения, выводы которых соединены с блоком управления ключами, а трансформатор: выполнен с двумя первичными обмотками, соединенными последовательно, причем точка соединения первичных обмоток подсоединена к выводу для подсоеди-нения к питающей сети вторичной обмотки, а к св.ободным концам первичных обмоток подсоединены выводы тиристорных ключей, вторые выводы которых подсоединены к второму выводу для подсоединения к питающей сети. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М., Энергия, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 4П574, кл. Н 02 3 3/18, 1974.