Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные |
Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения |
Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |
|
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) |
Навигация: => |
На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2020690
КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Имя изобретателя: Поссе Андрей Владимирович
Имя патентообладателя: Поссе Андрей Владимирович
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1992.04.14
Область использования: на подстанциях трехфазного напряжения (промышленных, тяговых и входящих в состав энергосистем) для компенсации и регулирования реактивной мощности. Сущность изобретения: компенсатор содержит трехфазный мост с запираемыми вентилями, включенный на реактор, два преобразовательных блока и конденсаторы для ограничения перенапряжений. Каждый преобразовательный блок содержит две группы из трех запираемых вентилей и реактор между ними в ветви постоянного тока. Одна группа вентилей имеет угол регулирования 2=
1+
, а другая
3=
1-
, где
1 - угол регулирования вентилей трехфазного моста, значение угла
и соотношение между постоянными токами трехфазного моста и преобразовательных блоков выбираются так, чтобы уменьшить содержание высших гармоник во входном токе компенсатора.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано на подстанциях трехфазного напряжения (промышленных, тяговых и входящих в состав энергосистем) для компенсации и регулирования реактивной мощности.
Известны новые компенсаторы реактивной мощности, представляющие собой преобразователи с запираемыми вентилями [1]. Основное их преимущество по сравнению с традиционными тиристорными компенсаторами [2] состоит в том, что они выдают реактивную мощность за счет принудительной коммутации тока в области отрицательных углов регулирования. В результате для выдачи в электрическую сеть реактивной мощности не требуется сооружения конденсаторной батареи соответствующей мощности.
В известных компенсаторах для повышения качества входного тока (для уменьшения содержания в нем высших гармоник) используются преобразователи повышенной фазности 12,18 и 24-фазные [1].
Их недостаток в необходимости применения одного многообмоточного или нескольких двухобмоточных трансформаторов, в невозможности непосредственного подключения преобразователя к шинам трехфазного напряжения.
Наиболее близким к изобретению является компенсатор с одним двухобмоточным трансформатором, трехфазным мостом с запираемыми вентилями и конденсаторами для ограничения перенапряжений, возникающих при принудительных, практически мгновенных коммутациях тока запираемыми вентилями [3].
Недостаток этого компенсатора в низком качестве его входного тока, который содержит высшие гармоники порядка n = =6k ± 1, где k = 1,2,3..., имеет высокий коэффициент искажения синусоидальности (около 30%).
Целью изобретения является повышение качества входного тока компенсатора при сохранении возможности подключения компенсатора непосредственно к шинам без применения трансформатора.
Сущность изобретения состоит в том, что у предлагаемого компенсатора к его входу кроме трехфазного моста присоединены два преобразовательных блока с разнонаправленными запираемыми вентилями. Каждый блок содержит две группы вентилей и реактор между ними в ветви постоянного тока. Одна группа из трех вентилей имеет угол регулирования 2=
1 +
, а другая группа
3 =
1 -
, где
1 - угол регулирования вентилей трехфазного моста.
Значение угла и соотношение между постоянным током Id1трехфазного моста и постоянным током Id первого и второго блока выбираются так, чтобы уменьшить содержание высших гармоник во входном токе компенсатора. Хорошие результаты получаются при
= 24о и Id1 = Idили при
= 30ои Id1 =
Id.
Добавление двух указанных преобразовательных блоков улучшает качество входного тока компенсатора за счет формирования его из трех сдвинутых по фазе токов моста и обоих блоков и получения в результате трехступенчатого тока, близкого по своей форме к синусоиде. Отметим, что добавление двух преобразовательных блоков приводит к соответствующему увеличению мощности компенсатора и поэтому обеспечивается высокое использование мощности всех запираемых вентилей компенсатора.
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого компенсатора; на фиг.2 и 3 - графики, показывающие форму токов компенсатора.
К трехфазному входу компенсатора 1 (фиг.1) подключены конденсаторы 2, трехфазный мост 3 с запираемыми вентилями 4 и реактором 5, первый преобразовательный блок 6 с запираемыми вентилями 7 и 8 и реактором 9, а и второй преобразовательный блок 10, отличающийся от блока 6 только обратным направлением вентилей.
Конденсаторы 2 обеспечивают ограничение перенапряжений, возникающих из-за практически мгновенных коммутаций тока запираемыми вентилями. Мощность конденсаторов 2 не превышает 15% от номинальной мощности компенсатора. Конденсаторы 2 могут быть соединены по схеме "звезда" (фиг.1) или по схеме "треугольник".
При работе компенсатора с потреблением реактивной мощности вентили 4 трехфазного моста 3 имеют угол регулирования 1 = 90о-
, где угол
зависит от потерь мощности в компенсаторе, его значение лежит в пределах 1о. При работе компенсатора с выдачей реактивной мощности угол
1= -90о +
.
Группы из трех запираемых вентилей 7 преобразовательных блоков 6 и 10 имеют угол регулирования 2 =
1-
, а группы из трех запираемых вентилей 8 этих блоков - угол регулирования
3 =
1+
. Величина угла
и соотношение между постоянным током Id трехфазного моста и постоянным током Idпервого и второго преобразовательного блока выбираются такими, чтобы уменьшить содержание высших гармоник в суммарном токе моста и обоих блоков и, как следствие этого, во входном токе компенсатора.
Хорошие результаты в отношении уменьшения высших гармоник во входном токе получаются в двух вариантах: = 24о, Id1 = Id;
= 30о, Id1 =
Id.
Графики токов компенсатора для первого варианта построены на фиг.2 в предположении, что постоянные токи моста 3 и блоков 6 и 10 полностью сглажены реакторами 5 и 9. Относительно оси времени 11 показан фазный ток i1 на входе моста 3, относительно осей времени 12 и 13 - соответственно фазные токи i2 и i3 вентилей 7 и 8 двух преобразовательных блоков 6 и 10. Построенные временные графики фазных токов i1, i2 и i3относятся к одной и той же фазе. В соответствии с углом регулирования 2 ток i2 опережает ток i1 на угол
= 24о.
Аналогично в соответствии с углом регулирования 3 ток i3 отстает от тока i1 на тот же угол
= 24о. Относительно оси времени 14 построен график фазного тока i, представляющего собой сумму фазных токов моста и обоих блоков: i = i1 + i2 + i3. Форма тока i значительно ближе к синусоиде, чем форма тока i1 трехфазного моста.
Входной ток компенсатора содержит две составляющие: ток преобразователей i и сравнительно малый ток конденсатора 2, поэтому о качестве входного тока можно судить по качеству тока преобразователей i.
Ток преобразователей i содержит первую гармонику i(1) и высшие гармоники i(n). Первая гармоника i(1) показана на фиг.2, ее действующее значение
При работе компенсатора с углом регулирования трехфазного моста -90о первая гармоника i(1) тока преобразователей опережает соответствующее фазное напряжение сети U на угол
90о, как это показано на фиг.2. Компенсатор при этом выдает в электрическую сеть, к которой он присоединен, реактивную мощность. При
1
90о первая гармоника i1 тока преобразователей отстает на такой же угол от напряжения и компенсатор потребляет реактивную мощность, величина которой (выдаваемой и потребляемой) регулируется малым изменением углов регулирования вентилей, что приводит к изменению токов Id1 и Id.
Относительное значение каждой высшей гармоники порядка n в токе преобразователей i в рассматриваемом варианте, когда Id1 = Id и = 24о(фиг.2), определяется по формуле
Результаты расчета I(n)* для первых восьми высших гармоник, содержащихся в токах i1, i2 и i3, приведены в таблице. Для сравнения в ней же указаны известные значения I(n)* для тока i1 трехфазного моста.
Данные таблицы характеризуют уменьшение содержания высших гармоник во входном токе предлагаемого компенсатора. При Id1 = Id и = 24о во входном токе предлагаемого компенсатора отсутствуют 5-ая и 25-ая гармоники, остальные высшие гармоники уменьшены. Для улучшения качества входного тока особенно существенно исключение 5-ой гармоники и значительное уменьшение величины 7-ой и 11-ой гармоник. Коэффициент искажения синусоидальности тока i около 10%, примерно в 3 раза меньше, чем для тока i1.
График тока преобразователей i для второго варианта его формирования, когда Id1 = Id и
= 30о, построен на фиг.3. Получилась известная классическая форма входного тока 12-фазного преобразователя. Этот ток i содержит первую гармонику и высшие гармоники порядка n = 12k ± 1, где k = 1,2,3, . .. В нем отсутствуют гармоники, для которых n = 5, 7,17, 19... Относительные значения оставшихся высших гармоник (n =11,13,23,25...) такие же, как в токе i1 трехфазного моста (см.таблицу). Коэффициент искажения синусоидальности тока i около 13%.
Таким образом, оба варианта дают хорошие результаты по уменьшению во входном токе компенсатора высших гармоник и, как следствие этого, по повышению его качества.
Могут быть применены и другие варианты формирования трехступенчатого тока преобразователей i. Так, например, для исключения в нем 7-ой гармоники следует при Id1= Id установить угол = 17,1о. В этом варианте относительные значения 5-ой и 11-ой гармоник равны соответственно 7,9% и 3,1%, коэффициент искажения синусоидальности тока около 13%.
Выбор того или другого варианта формирования трехступенчатого тока (соотношения между Id1 и Id и величины угла ) зависит от конкретных параметров электрической сети, к которой подключается компенсатор (прежде всего от частотной характеристики ее реактивного сопротивления) и от требований к качеству входного тока компенсатора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, содержащий трехфазный мост с запираемыми вентилями, реактор, включенный между полюсами моста, и конденсаторы, подключенные к трехфазному входу компенсатора по схеме "звезда" или "треугольник", отличающийся тем, что к входу компенсатора дополнительно присоединены два преобразовательных блока с разнонаправленными запираемыми вентилями, каждый блок содержит две группы из трех запираемых вентилей и реактор между ними в ветви постоянного тока, первая и вторая группы вентилей имеют углы регулирования2 =
1 +
и
3 =
1 -
,
где1 - угол регулирования вентилей трехфазного моста,
а угол выбирается в пределах 17,1o
30o при условии соотношения
где - постоянный ток трехфазного моста;
Id - постоянный ток преобразовательных блоков.
Версия для печати
Дата публикации 15.02.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018