Устройство для автоматического симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициента мощности трехфазной системы Советский патент 1982 года по МПК H02J3/26 

(5) УСТРОЙСТВО для АВТОМАТИЧЕСКОГО

СИММЕТРИРОВАНИЯ ТОКОВ И СТАБИЛИЗАЦИИ ЗАДАННОГО КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

: , I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано i для симметрирования тоКов и стабилизации заданного коэффициента мощности трехфазной системы при подключемии к ней несимметричной трехфазной нагрузки с переменными параметрами.

Известно устройство для регулирования реактивной мощности и симметрирования режима многофазной сети, содержащее трехфазные преобразователи с искусственной коммутацией, датчик тока, сглаживающий дроссель, блок управления, датчик трехфазной сети, силовой трансформатор, двухполупериодные управляемые выпрямители, блок искусственной коммутации, конденсатор, управляемые и шунтирующие вентили, вентили выпрямителей и бяо- , ка коммутации ГП.

Это устройство отличается весьма сложной аппаратурной реализацией, необходимостью поддержания опредв5Ненных фазовых соотношений в цепи регу

лирования и подавления высших гармоник, что также создает определенные трудности. Это устройство имеет также невысокое быстродействие из-за поискового метода регулирования и ограниченные возможности по частоте из-за наличия в его составе частотно.зависимых элементов (трансформатор, дроссель и др.).

Известно .устройство, содержащее

to дополнительные управляемые вентили. Это позволяет уменьшить установленную мощность симметрирующих элементов и перенапряжения 2.

Однако устройство имеет невысо15кое быстродействие.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее исполнительный орган (симметрирующее устройство), фазочувствительный орган

20 с регулятором и фильтр токов обратной последовательности, к которым присоединен исполнительный орган. Данное устройство в значительной степени устраняет недостатки, характерные для указанных устройств, при соответствующем построении фазочувст вительного органа и фильтра токов обратной последовательности с регуляторами 3. К недостаткам данного устройства также следует отнести низкое быстродействие, обусловленное двумя причинами. Одна из этих причин в том, что устройство относится к классу многосвязанных систем автоматического регулирования по двум параметрам - токам обратной последователь-, ности и реактивным составляющим тока прямой последовательности (всего шесть величин) , Как известно, такие системы имеют весьма низкую сходимость процесса регулирования. Положение усугубляется второй причиной, которая связана с тем, что процесс регулирования в данном устройстве не организован, т.е. нет описанного аналитически закона перестройки параметров исполнительного органа и функции величин, несущих информацию о регулируемых величинах. Низкое быстродействие приводит в сво очередь к возникновению динамических погрешностей, которые могут оказаться весьма большими, Более того, при неудачной перестройке параметров, имеет место при слепом поиске, возможно даже временное ухудшение регулируемых показателей. Цель изобретения - повышение быст родействия и уменьшение динамических погрешностей. Поставленная цель достигается тем что в устройство дополнительно введены датчик активной мощности фаз, датчик реактивной мощности трехфазной системы, квадратичный датчик напряжения и операционные блоки, которые первыми двумя входами попарно подключены к соответствующим датчика активной мощности фаз, третьими входами, объединенными между собой, к датчику реактивной мощности трехфазной системы, четвертыми входами, также объединенными между собой, к квадратичному датуику напряжения, а выходами - управляющим органам каж дого из трех реактивных элементов симметризатора. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. На чертеже обозначено трехфазный , ьтк ,,-,,, , Kv,,...,, 1, несимметричная трехфазисточникная нагрузка 2, параметры которой могут меняться во времени. В состав устройства входят блок симметрирования 3, датчик активной мощности Фаз, датчик 5 реактивной мощности трехфазной системы, квадратичный датчик 6 напряжения, операционные блоки 7. Симметризатор 3 содержит три реактивных элемента, каждый из которых содержит управляющий орган, позволяющий перестраивать параметры (реактивные проводимости), этих элементов. Элементы симметризатора соединены в треугольник и подключены на линейные напряжения. К трехфазной цепи соответствующим образом подключены датчики k активной мощности фаз, датчик 5 реактивной мощности трехфазной системы и квадратичный датчик 6 напряжения. Выходы датчиков г активной мощности фаз попарно подключены к двум входам каждого из трех операционных блоков 7, третьи входы которых объединены между собой и соединены с выходом датчика 5 реактивной мощности трехфазной системы. Аналогично четвертые входы операционных блоков 7 объединены между собой и подключены к квадратичному датчику 6 напряжения. Работа устройства основана на реализации аналитических зависимостей между приращениями параметров симметризатора и мощностями трехфазной системы. Получим эти зависимости. Пусть трехфазная система токов в трехпроводной трехфазной сети содержит составляющую обратной последовательности), з1л где а е - фазовый множитель . Блок симметрирования, как известно, должен содержать три элемента, подключенных на линейные напряжения. ти элементы выбираются чисто реакивными, комплексы их проводимостей аписываем так: Ъ JbtA Выделяя симметричную часть параметров блока симметрирования, получаем-Y АЛУ -ч -V -V 4.AY t- /ДБV АВЧс о СА -« 0 симметричная част1} параметров блока симметрирования;Р, несимметричные или регулируемые части параметров блока симметрирования. При этом . Выделение симметричной части параметров блока симметрирования позво ляет, как показано далее,, задачи симметрирования и получения заданного коэффициента мощности решать независимо. Для тока обратной последовательности бпоца симметрирования при сим метричной системе напряжений можир получить выражение, х . 3U4,(5) где и - фазное напряжение сети; (дУвс- йХсд Л йу. Воспользуемся условием компенсации тока обратной последовательности з| -: зиу . (6) .Решение уравнения (6) с учетом условия С) упрощается, если проводить его в симметричной форме. Выполнением операции комплексного сопряжения в уравнении (6) и воспользовавшись условием (Ц) получаем симметричную систему уравнений для величин Л Ч( и-йУд . (uV.,bls i-() Здесь 3 - сопряженный комплекс тока обратной последовательности. Решая систему уравнений (7), находим ,. uV , &с -30 1 ла Выразим параметры блока симметрирования через симметрируемые токи Зд, 3g , с, и фазные сдвиги 4,4, Vc этих токов по отношению к соответствующим фазным напряжениям. Используя соотношение (1), получаем (ЗцСозЧц-Зс.созЧ ); DC-COS C- ACOS A). ЬСА ::г-(U COS fд-Зe,) ЬАВ Особенно простыми получаются соотношения для параметров блока симметрирования, если выразить их активные мощности. Умножив числитель и знаменатель каждого из выражений (9) на и, окончательно получаем Ki t) ЬСА --gi (PC - PA) bfrft - - РЬ). где KV - коэффициент пропорциональности, ,. Таким сбразом, соотношения (10) однозначно определяют приращения параметров блока симметрирования по разностям активных Мощностей в соответствующих фазах. Отметим важное свойство рассматриваемого метода симметрирования. Оно состоит в том, что при указанных приращениях параметров блока симметрирования реактивная мощность, а следовательно, и коэффициент мощности сети не изменяются. Действительно, это приращение реактивной мощности равно ла AQftc AQcA- uQAB и(ДЬес+-дЬрд +йЬдб) О , Это позволяет поддерживать коэффициент мощности заданным независимо от симметрирования токов путем изменения симметричной части блока симметрирования, что, в свою очередь, не нарушает симметрии токов. Получаем условие стабилизации заданного коэффициента мощности.

Запишем выражение для реактивной мощности, вносимой симметричной частью блока симметрирования

QO , 00 где b|3 - проводимость элемента симметричной части блока симметрирования.

Обозначая через cos Ч исходный, а через cos О требуемый коэффициент мощности, получаем

А

(tgS- tgif) .

(12)

bo

9U

где Q - реактивная мощность нагрузки Соотношение (12) лозволяет в принципе получать любые коэффициенты .мощ ности (cos9 41), в том числе, разумеется, cos 9, для которого 9U О - gu -У U где Q - реактивная мощность трехфазной нагрузки; коэффициент пропорциональности. Соотношение (13) определяет выбор симметричной части блока симметрирования для обеспечения коэффициента мощности cos 1 , Э.ТО же соотношение совместно с .выражениями do) определяет суммарное приращение параметров блока симметрирования (его симметричной и несимметричной частртой) для о.беспечения как симметрирования токов, так и заданного коэффициента мощности - bec+bo -iQ j- ()j, ЬсдН-Ь, - К(1-К,(Рс-Рд)1-, (11 йЬдй+Ьо -да Каа-к,(Рд-Рб). Н выходе каждого из трех датчиков 4 формируется сигнал (напряжение ток или код), пропорциональный актив ной мощности соответствующей фазы Датчиком 5 суммарная реактивная мощность трехфазной системы преобразуется в сигнал того же рода, а выходной сигнал квадратичного датчика 6 напряжения пропорционален квадрату действующего значения либо фазного, либо линейного напряжения. В зависимости от того, какое из этих напряже

НИИ измеряется, изменяется только коэффициент К и Kq.- Операционными блоками 7 по поступившим сигналам с датчиков 4-6 производится определение приращений параметров соответствующих реактивных элементов симметризатора 3 и формирование управляющих воздействий на управляющие органы реактивных элементов симметризатора 3. При этом,как следует из выражений (I) , эти управляющие воздействия пропорциональны как несимметрии токов, так и коэффициенту мощности системы, причем они однозначно определяют знак и величину приращения. Тем самым существенно повышается быстродействие регулируемых параметров и уменьшается динамическая потребность, а возможность ошибочного направления перестройки блока симметрирования вообще исключается. Формула изобретения Устройство для автоматического симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициента мощности трехфазной системы с подключенной несимметричной нагрузкой, содержащее блок симметрирования, в состав которого входят три управляемых реактивных элемента, подключенных на линейные напряжения трехфазной системы, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения динамических погрешностей., оно дополнительно содержит датчик ак тивной мощности фаз, датчик реактивной мощности трехфазной системы, квадратичный датчик напряжения и операционные блоки, первые два входа которых объединены попарно с первыми входами соседних блоков и подсоединены к датчику активной мощности фаз, третьи входы операционных блоков соединены между собой и подключены к датчику реактивной мощности, четвертые входы операционных блоков соединены между собой и подключены к квадратичному датчику напряжения, .а выходы операционных блоков подсоединены к входам блока симметрирования. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР ff kB6k}B, кл. Н 02 J 3/26, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № г 88281, кл, Н 02 J 3/26, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР № , кп. Н 02 J 3/26, 1969.

TFT/

vv г

k у

у ч

/