Способ компенсации обменной мощности в электрической системе

 

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия, уменьшение действующего значения тока и установленной мощности электротехнического оборудования. Минимизация действующего значения тока источника питания осуществляется за счет изменения мгновенной проводимости компенсатора. Выбор оптимальной величины мгновенной проводимости производится в зависимости от действующих значений тока нагрузки и напряжения источника питания, а также активной мощности нагрузки, средней за период. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4319240/24-07 (22) 26.10.87 (46) 15.11.90. Бюл. № 42 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) В. Е. Тонкаль, В. Я. Жуйков, С. П. Денисюк и Ю. А. Яценко (53) 621.316.727 (088.8) (56) Супронович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок.

М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 136.

Авторское свидетельство СССР № 1525771, кл. Н 02 J 3/18, 1987.

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, в частности к компенсации сдвига углов фаз между первыми и высшими гармониками тока и напряжения в общепромышленных и автономных электрических сетях с помощью статических вентильных компенсаторов.

Цель изобретения — повышение КПД, уменьшение действующего значения тока и установленной мощности электротехнического оборудования.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Структурная схема содержит источник 1, нагрузку 2, фильтр 3, силовую часть компенсатора 4, вентили 5 — 8, дроссель 9, датчик 10 напряжения, датчики 11 — 12 тока, умножитель 13, интегратор 14, запоминающее устройство 15, умножитель 16, датчик 17 частоты, схему 18 синхронизации, схему 19 управления, сумматоры 20, 21, блок 22 запаздывания первого порядка, компаратор 23 с

„„Я0„„1607044 A 1 (51)5 Н 02 J 3 18

2 (54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ОБМЕННОЙ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЕ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение коэффициента полезного действия, уменьшение действующего значения тока и установленной мощности электротехнического оборудования. Минимизация действующего значения тока источника питания осуществляется за счет изменения мгновенной проводимости компенсатора. Выбор оптимальная величина мгновенной проводимости выбирается в зависимости от действующHx значений тока нагрузки и напряжения источника питания, а также активной мощности нагрузки, средней за период. 1 ил. гистерезисом, формирователь 24 импульсов управления вентилями.

В устройстве, реализующем предлагаемый способ компенсации обменной мощности, включенном через выходной фильтр 3 параллельно источнику 1 напряжения и нагрузке 2, четыре управляемых вентиля 5 — 8 включены по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель 9, а узлы второй диагонали подсоединены к входным зажимам выходного фильтра 3, датчик 10 напряжения включен параллельно источнику 1 напряжения, два датчика 11, 12 тока включень1 последовательно с нагрузкой 2 и с выходными зажимами выходного фильтра 3 соответственно, первый вход умножителя 13 соединен с первым выходом датчика 10 напряжения, второй вход умножителя 13 соединен с первым выходом датчика 11 тока, выход умножителя !3 подключен к входу интегратора 14, выход которого соединен с третьим входом запоминающего устройства

15, первый и второй входы которого подсоединены соответственно к второму выходу

1607044

1О

55 датчика ll тока и второму выходу датчика 10 напряжения, выход запоминающего устройства 15 соединен с первым входом умножителя 16, второй вход которого соединен с первым выходом датчика 10 напряжения, а выход подключен к неинвертирующему входу первого сумматора 20, инвертирующий вход сумматора 20 соединен с выходом датчика 12 тока, вход датчика 17 частоты подключен к первому выходу датчика 10 напряжения, а выход через схему 18 синхронизации связан с входом схемы 19 управления, выходы которой подключены к управляющим входам интегратора 14 и запоминающего устройства 15, неинвертирующий вход второго сумматора 21 связан с выходом первого сумматора 20, а выход второго сумматора 21 через блок 22 запаздывания первого порядка подключен к входу компаратора 23 с гистерезисом, выход которого соединен с инвертирующим входом второго сумматора 21 и входом формирователя 24 импульсов управления вентилями, выходы формирователя импульсов управления вентилями связаны с управляющими электродами четырех управляемых вентилей 5 — 8 устройства.

Предлагаемый способ компенсации обменной мощности в системах с вентильными преобразователями позволяет учесть следующие особенности цепей с вентильными элементами: высокую частоту переключения вентилей, превышающую частоту питающего напряжения на элементах преобразователя, неравномерную интенсивность потребления энергии.

Для описания процесса компенсации рассмотрим эквивалентную схему, содержащую эквивалентные модели генератора напряжения e(t) и параллельно включенных нагрузки (мгновенная проводимость g,(t)=ig(t)/

/е(1)) и компенсатора (мгновенная проводимость gg (!)=4(t)/e(t) ).

Действующее значение тока генератора

i, (t), являющегося суммой токов нагрузки

i„(t) и компенсатора ip (t), будет минимально, если ток i,(t) совпадает по форме с напряжением e(t), то есть мгновенная проводимость генератора

g, (t) =i,(t) /e(t) =const. (1)

Так как g,(t)=g„(t)+g (t), то с помощью соответствующего выбора функции

g,(t) можно добиться выполнения условия (1), при этом требуемый ток компенсатора определится выражением

4(t! =g (t) e(t). (2)

Вид функции мгновенной проводимости компенсатора определяется заранее для конкретных типов нагрузки из решения вариационной изопериметрической задачи и заносится в запоминающее устройство. Выбор конкретной функциональной зависимости

g*(t) из запоминающего устройства осуществляется на основании значений активной мощности Р, потребляемой нагрузкой, действующего значения тока нагрузки и действующего значения U напряжения генератора.

Формирование тока компенсатора по заранее рассчитанным функциям g (t) позволяет осуществлять компенсацию как в установившихся, так и в переходных режимах работы электрических систем, при этом минимизируется действующее значение тока генератора, повышается коэффициент полезного действия и уменьшается установленная мощность электротехнического оборудования.

Алгоритм, в соответствии с которым осуществляется компенсация обменной мощности, заключается в следующем.

l. Расчет функциональных зависимостей g (1) .

2. Занесение функциональных зависимостей g (t) в запоминающее устройство.

3. Определение величин 1, U, P и выбор на их основе требуемой функции g (t).

4. Вычисление тока компенсатора в соответствии с выражением (2).

5. Формирование тока i (t) путем модуляции сигнала дросселя силовой части компенсатора. Для отслеживания текущего значения тока компенсатора 4(t) по отношению к опорному (эталонному) значению этого тока применена замкнутая система регулирования.

Компенсация обменной мощности в энергосистемах с вентильными преобразователями с помощью предлагаемого устройства, структурная схема которого приведена на чертеже, осуществляется следующим образом.

С помощью датчиков напряжения 10 и тока 11, 12 осуществляется гальваническая развязка, согласование уровней сигналов энергетических цепей и измерительной части устройства, а также измерение мгновенных значений напряжения генератора e(t), тока нагрузки i„(t), текущего значения тока компенсатора 1ф(!) на выходе фильтра 3 и деиствующих значений напряжения e(t) и тока iH (t). Выходное напряжение датчика 10

U- i (t), пропорциональное измеренному напряжению e (t) (V...1(t) =cx„e(t), поступает на входы первого умножителя 13, второго умножителя 16, датчика 17 частоты. Выходной сигнал датчика 10 напряжения, пропорциональный действующему значению U напряжения e(t), поступает на второй вход запоминающего устройства 15.

Выходное напряжение первого датчика 11 тока U. . (t), пропорциональное измеряемому мгновенному току нагрузки i„(t) (U... (t) =и; i„(t) ), поступает на второй вход умножителя 13. Выходной сигнал первого датчика !! тока, пропорциональный действующему значению тока нагрузки, по-. ступает на первый вход запоминающего устройства 15.

1607044

Формула изобретения

На выходе первого умножителя 13 в результате перемножения двух сигналов

Us x1(t) ми Us xs(1) появляется сигнал

Us xq(t), пропорциональный мгновенной мощности р(1) =е(1) 1„(t) (1)..з(1) =а;сс„е(1) X

Xi„(t)). Выходной сигнал первого умножителя 13 поступает ка вход интегратора 14.

Начало и конец интегрирования интегратором 14 входного сигнала определяются импульсами управления со схемы 19 управления. В результате интегрирования входного сигнала на выходе интегратора 14 имеем сигнал, пропорциональный активной (средней за период) мощности Р, потребляемой нагрузкой:

P = — (p(t)4t.

Когда интегрирование закончено, в соответ ствии с управляющим сигналом со схемы 19 управления сигнал с выхода интегратора 14 поступает на третий вход запоминающе го уст р о йства 15.

В запоминающем устройстве 15 по сигналам, пропорциональным величинам Р, U, и I, происходит выбор оптимальной для данного режима работы системы функциональной зависимости д» (t) . Оптимальные значения функции g>(t) по сигналам управления со схемы 19 управления поступают ка первый вход умножителя 16. В процессе работы при изменении значений Р, U и 1 происходит выбор новой функциональной зависимости gI,(t). Моменты изменения выходного сигнала блока 5 задаются сигналами от схемы 19 управления. Моменты выдачи управляющих импульсов схемой 19 IIравления (двух последовательностей импульсов, период повторения которых равен Т) задаются схемой 18 синхронизации, которая на основе информации с выхода датчика 17 частоты определяет период выходного напряжения генератора e(t).

На выходе умножителя 16 формируется сигнал 4(1)., пропорциональный произведению g (t)e(t), который является опорным (эталонным) значением тока компенсатора.

Сигнал с выхода умножителя 16 поступает на неинвертирующий вход первого сумматора 20, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с второго датчика 12 тока

11--4(t), пропорциональный измеряемому текущему току компенсатора 1(1) (U „, (1) =

=ад 4(t) ). Выходной сигнал сумматора

20, пропорциональный величине Л4(1) =

= i (t) — 4((), поступает на неинвертирующий вход второго сумматора 21, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с выхода компаратора 23 с гистерезисом. На выходе сумматора 21 формируется сигнал, являющийся управляющим для формирования импульсов управления вентилями 24. Для осуществления замкнутой системы управления током компенсатора выходной сигнал с второго сумматора 21 поS

33 ступает ка вход блока 22 запаздывания первого порядка, передаточная функция которого равна K/(1 +Ò ), а с выхода блока 22 запаздывания первого порядка — на вход компаратора 23 с гистерезисом, за счет релейной характеристики которого и обратной связи на, квертирующий вход второго сумматора 21;: уществляется непрерывное отслеживание текущим током компаратора ip(t) опорного качения ip(t)on.

Для осущестьления широтно-импульсной модуляции скг -а.,я управления с блока 24 управляют работой четырех вентилей 5 — 8, включение которых )lo мостовой схеме позволяет сформировать мгновенную функцию тока компенсатора. При прохождении этого сигнала через фильтр 3 из нее фильтруется гармонический сигнал, частота которогс равна ча. готе модуляции выходного сигнала.

Суммирование токов i„(t) и iI,(t) в общем узле позволяет на выходе генератора 1 получить ток ix(t), пропорциональкый напряжению e(t).

Компенсация обменной мощности с помощью предложенного способа позволяет повысить эффективность работы энергосистемы с преобразователями за счет снижения действующего значения тока генератора, повышения КПД и меньшения установленной мощности электротехнического оборудования в отраслях, широко применяющих энергосистемы с преобразователями.

Способ компенсации обменной мощности в электрической с .стеме, включающей в себя источник питания переменного тока, подключенную к ксму через преобразователь нагрузку и компексатор, согласно которому измеряют мгновенные значения тока нагрузки и комкексатора, мгновенные значения напряжения источника питания, интЕГРИРУЮт ВЕiHxIHHy, ЗаВИСЯЩУЮ От МГНОВЕНкых значений .ока нагрузки и напряжения источника питания на интервале времени, равном периоду к":I:ðÿæåíHÿ источника питания, запоминают полученное значение. умножают зка ск1 ".:мгновенной проводимости компексатора ка мгновенные значения напряжения источника питания, из результата умкожеккя вычк;talos мгновенное зкаче«IHe то.<а нагрузки. используют полученную разно,ть в ка;естве опорной величины, сравнивают c .-ей мгновенные значения измеренного тока ко.,lïåíñàòoðà и в зависиХ.ОСтн От HO.! ",ÑККОГО ОТКЛОНЕНИЯ ИЗМЕРЯЮТ мгновенные зкгч=кия тока компенсатора, oi . :ilåаюи4ий ." .-.а, что, с целью повышения

КПД, умекьше гни действующего значения тока и уcTBHABëåккой IoIU.ности электротехнического оборудования, в качестве величины, зависящей от мгновенных значений тока нагрузк;» и ка-,ряжения источника питания

1607044

Составитель К. Фотина

Редактор А. Маковская Тскред Л. Кравнук Корректор .Ч. Патай

Заказ 3553 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раугнская наб., д. 415

Г1роизводствснно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. 1 агарина, 101 используют их произведение, в результате упомянутого интегрирования определяют активную мощность, измеряют действующие значения напряжения источника питания и тока нагрузки, а в качестве мгновенной проводимости компенсатора используют оптимальные значения мгновенной проводимости, определенные по заранее сформированным зависимостям оптимальных значений мгновенной проводимости компенсатора от

5 активной мощности и действующих значений тока и напряжения.