RU143195U1

RU143195U1 - TYRISTOR CONTROLLED PHASE TURNING DEVICE

Info

Publication number: RU143195U1
Application number: RU2014113998/07U
Authority: RU
Inventors: Вадим Николаевич Стельмаков; Анатолий Николаевич Тарасов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского"
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2014-07-20

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в гибких (управляемых) системах электропередачи переменного тока. Изобретение позволяет повысить пропускную способность электропередачи переменного тока, ограничить перегрузки электрических сетей, снять ограничения по выдаче мощности электростанций и снизить потери мощности в электрических сетях. Фазоповоротное устройство с тиристорным управлением содержит трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и включены в рассечку фаз линии электропередачи, трехфазный высоковольтный тиристорный коммутатор и трехфазный шунтовой трансформатор. Первичные обмотки сериесного трансформатора соединены по схеме треугольника и подключены к высоковольтным выводам линейных токоограничивающих реакторов, другие выводы которых подключены к высоковольтным выводам трехфазного тиристорного коммутатора. Первичные обмотки шунтового трансформатора, соединенные по схеме звезда, подключены к средним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора. Нейтраль первичных обмоток заземлена. Вторичная обмотка каждой фазы шунтового трансформатора выполнена в виде N гальванически развязанных секций. Трехфазный тиристорный коммутатор выполнен в виде цепочек, состоящих из N последовательно соединенных однофазных мостовых тиристорных преобразователей с двунаправленными высоковольтными тиристорными ключами в каждом плече преобразователя. Входы мостовых преобразователей каждой фазы тиристорного коммутатора с одной стороны подключены к соответствующим выводам секционных токоограничивающих реакторов, другие выводы которых подключены к выводам одноименных секций вторичной обмотки соответствующей фазы шунтового трансформатора. При этом другие входы мостовых тиристорных преобразователей подключены к соответствующим выводам секций вторичной обмотки шунтового трансформатора. Секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора имеют разные коэффициенты трансформации и разное число витков. При этом отношение числа витков секций каждой фазы вторичной обмотки шунтового трансформатора определяется согласно выражению 2^N-1 или 3^N-1, где N - порядковый номер секции. Однофазные мостовые тиристорные преобразователи выполнены на напряжение секции вторичной обмотки шунтового трансформатора, к которой они подключены. Одноименные секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации. Таким образом, в предлагаемом изобретении технический результат, заключающийся в повышении надежности и срока службы оборудования фазоповоротного устройства и снижении стоимости и массо-габаритных показателей, достигается за счет использования секционных токоограничивающих реакторов, включаемых между выводами секций вторичных обмоток шунтового трансформатора и входными клеммами тиристорного коммутатора, что ограничивает аварийные токи при нарушениях коммутации в мостовых тиристорных преобразователях, и линейных реакторов, включаемых между высоковольтными выводами трехфазного тиристорного коммутатора и узлами соединения первичных обмоток сериесного трансформатора, что снижает аварийные токи, воздействующие на высоковольтные тиристорные ключи коммутатора при коротких замыканиях в электрической сети, а также за счет оптимального выбора числа витков секций вторичных обмоток шунтового трансформатора согласно отношению 2^N-1 или 3^N-1, где N - порядковый номер секций вторичных обмоток шунтового трансформатора, что обеспечивает снижение стоимости и массо-габаритных показателей и плавное дискретно-непрерывное регулирование угла фазового сдвига ФПУ. The invention relates to electrical engineering and can be used in flexible (controlled) AC power transmission systems. The invention allows to increase the transmission capacity of AC power transmission, to limit the overload of electric networks, to remove restrictions on the power output of power plants and reduce power losses in electric networks. The thyristor-controlled phase-shifting device contains a three-phase series transformer, the secondary windings of which are made with a middle output and are included in the phase separation of the power line, a three-phase high-voltage thyristor switch and a three-phase shunt transformer. The primary windings of the series transformer are connected in a triangle circuit and connected to the high voltage terminals of the linear current-limiting reactors, the other terminals of which are connected to the high voltage terminals of the three-phase thyristor switch. The primary windings of a shunt transformer connected in a star pattern are connected to the middle terminals of the secondary windings of a serial transformer. The neutral of the primary windings is grounded. The secondary winding of each phase of the shunt transformer is made in the form of N galvanically isolated sections. The three-phase thyristor switch is made in the form of chains consisting of N series-connected single-phase bridge thyristor converters with bi-directional high-voltage thyristor switches in each arm of the converter. The inputs of the bridge converters of each phase of the thyristor switch are, on the one hand, connected to the corresponding terminals of the sectional current-limiting reactors, the other conclusions of which are connected to the terminals of the same sections of the secondary winding of the corresponding phase of the shunt transformer. In this case, the other inputs of the bridge thyristor converters are connected to the corresponding conclusions of the sections of the secondary winding of the shunt transformer. The secondary sections of each phase of a shunt transformer have different transformation ratios and a different number of turns. The ratio of the number of turns of sections of each phase of the secondary winding of the shunt transformer is determined according to the expression 2 ^N-1 or 3 ^N-1 , where N is the serial number of the section. Single-phase bridge thyristor converters are made for the voltage of the secondary section of the shunt transformer to which they are connected. The same sections of the secondary winding of each phase of the shunt transformer are made with the same transformation ratio. Thus, in the present invention, the technical result, which consists in increasing the reliability and service life of the equipment of the phase-shifting device and reducing the cost and weight and size indicators, is achieved through the use of sectional current-limiting reactors connected between the terminals of the sections of the secondary windings of the shunt transformer and the input terminals of the thyristor switch, which limits emergency currents in case of switching disturbances in bridge thyristor converters, and linear reactors, including aemyh between high voltage terminals of three-phase thyristor switch and connection nodes of the primary windings seriesnogo transformer that reduces fault currents acting on the high-voltage thyristor switch keys during short circuits in the electrical network, as well as by optimal selection of number of turns, sections of secondary windings shunt transformer according to the ratio 2 ^N or 3 ^-1 ^N-1 where N - order number of sections shunt transformer secondary windings, which reduces the cost and weight and size indices x and smooth the discrete-continuous control of the phase shift angle FPA.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам для гибких (управляемых) линий электропередач, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях с напряжением 110…1150 кВ для регулирования потоков активной и реактивной мощности в сложных замкнутых электрических сетях, повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы путем демпфирования колебаний, возникающих во время переходных электромеханических процессов.The proposed technical solution relates to the field of electrical engineering and the electric power industry, in particular to high-voltage regulated electrical complexes for flexible (controlled) power lines, and can be used in high-voltage electrical networks with a voltage of 110 ... 1150 kV to control the flows of active and reactive power in complex closed electrical networks , increasing the capacity of existing lines and increasing the dynamic stability of the energy system by damping oscillations arising during transient electromechanical processes.

Известно фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и включены в рассечку фаз A, B, C высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены в схему треугольника, узлы соединения обмоток которого подключены к высоковольтным выводам трехфазного высоковольтного коммутатора, трехфазный фазосдвигающий трансформатор (ФСТ) с первичными обмотками, подключенными высоковольтными выводами к средним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединенными по схеме звезды и заземленными, при этом вторичные обмотки ФСТ выполнены с отпайками, к которым подключены входы трехфазного высоковольтного коммутатора, каждая фаза которого выполнена в виде механического контакторного переключателя (РПН), низковольтные выводы которых заземлены (E.V. Larsen, N.W. Miller. Phase-Shifting Transformer System. US Patent. Number: 5,166,597. Date of Patent: Nov. 24, 1992).A phase-shifting device is known that contains a three-phase series transformer, the secondary windings of which are made with an average terminal and are included in the phase separation A, B, C of the high-voltage power line, and the primary windings are connected in a triangle circuit, the connection nodes of the windings of which are connected to the high-voltage terminals of a three-phase high-voltage switch, three-phase phase-shifting transformer (FST) with primary windings connected by high-voltage leads to the middle leads of the secondary windings of a serial transf the rotor, and low-voltage leads connected according to the star scheme and grounded, while the secondary windings of the FST are made with solders to which the inputs of the three-phase high-voltage switch are connected, each phase of which is made in the form of a mechanical contactor switch (on-load tap-changer), the low-voltage leads of which are grounded (EV Larsen, NW Miller. Phase-Shifting Transformer System. US Patent. Number: 5,166,597. Date of Patent: Nov. 24, 1992).

Недостатком такого фазоповоротного устройства является выполнение трехфазного высоковольтного коммутатора на механических контакторных переключателях (РПН), что связанно с проблемами дугогашения, так как прерывание тока в контакторном переключателе сопровождается возникновением дуги на контактах, что приводит к их износу и эрозии; дуга, возникающая при прерывании тока, загрязняет масло, что делает необходимым регулярные проверки его качества и соответствующую замену. Кроме того, на устройстве должны быть установлены специальные механизмы, предотвращающие нежелательные последствия в случае повреждения приводного вала. Все это снижает надежность и срок службы трехфазного высоковольтного коммутатора, к тому же, переключение РПН с контакта на контакт занимает определенное время (5-6 сек.), т.е. происходит достаточно медленно, что обусловливает его малое быстродействие.The disadvantage of this phase-shifting device is the implementation of a three-phase high-voltage switch on mechanical contactor switches (on-load tap-changers), which is associated with problems of arc suppression, since current interruption in the contactor switch is accompanied by the appearance of an arc on the contacts, which leads to their wear and erosion; the arc arising from interruption of current contaminates the oil, which makes it necessary to regularly check its quality and replace it accordingly. In addition, special mechanisms must be installed on the device to prevent undesirable consequences in the event of damage to the drive shaft. All this reduces the reliability and service life of a three-phase high-voltage switch, in addition, switching on-load tap-changers from contact to contact takes a certain time (5-6 seconds), i.e. occurs slowly enough, which leads to its low speed.

Известно фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и вставлены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, узлы соединения обмоток которого подключены к высоковольтным выводам трехфазного высоковольтного коммутатора, при этом низковольтные выводы всех фаз коммутатора соединены по схеме звезды, а входные выводы каждой фазы коммутатора подключены ко вторичной обмотке соответствующей фазы трехфазного шунтового трансформатора, первичные обмотки которого высоковольтными выводами подключены к средним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединены по схеме звезды и заземлены, при этом вторичная обмотка каждой фазы шунтового трансформатора выполнена в виде N гальванически развязанных секций, а каждая фаза трехфазного высоковольтного коммутатора выполнена в виде цепочки, состоящей из N последовательно соединенных однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными высоковольтными ключами в каждом плече, причем входы полупроводниковых мостовых преобразователей каждой фазы высоковольтного коммутатора подключены к выводам одноименных секций вторичной обмотки соответствующей фазы шунтового трансформатора, а высоковольтные выводы цепочек однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей каждой фазы трехфазного коммутатора подключены к узлам соединения схемы треугольника, выполненной из первичных обмоток сериесного трансформатора, причем все N секций вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора имеют разные коэффициенты трансформации и, соответственно, имеют разное число витков, полупроводниковые мостовые преобразователи выполнены на напряжение соответствующей секции, к которой они подключены, а одноименные секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации (Патент на полезную модель №106060).A phase-shifting device is known that contains a three-phase serial transformer, the secondary windings of which are made with a middle terminal and inserted into the phase separation of the high-voltage power line, and the primary windings are connected in a triangle circuit, the connection nodes of the windings of which are connected to the high-voltage terminals of a three-phase high-voltage switch, while the low-voltage terminals of all the phases of the switch are connected according to the star circuit, and the input terminals of each phase of the switch are connected to the secondary winding of the corresponding phases of a three-phase shunt transformer, the primary windings of which are connected by high-voltage leads to the middle terminals of the secondary windings of a serial transformer, and by low-voltage leads are wired and grounded, and the secondary winding of each phase of the shunt transformer is made in the form of N galvanically isolated sections, and each phase of a three-phase high-voltage the switch is made in the form of a chain consisting of N series-connected single-phase semiconductor bridge converters with two directional high-voltage switches in each arm, and the inputs of the semiconductor bridge converters of each phase of the high-voltage switch are connected to the terminals of the same sections of the secondary winding of the corresponding phase of the shunt transformer, and the high-voltage outputs of the chains of single-phase semiconductor bridge converters of each phase of the three-phase switch are connected to the connection nodes of the triangle circuit made of primary series transformer windings, with all N sections of the secondary winding each phase of the shunt transformer have different transformation ratios and, accordingly, have a different number of turns, semiconductor bridge converters are designed for the voltage of the corresponding section to which they are connected, and the sections of the secondary winding of the same name of each phase of the shunt transformer are made with the same transformation ratio (Utility Model Patent No. 106060).

Недостатком такого фазоповоротного устройства является недостаточная стойкость к воздействию токов короткого замыкания, возникающих при коротких замыканиях в линиях электропередач, и ударных токов, возникающих при нарушениях коммутации в полупроводниковых мостовых преобразователях, что может привести, прежде всего, к повреждению высоковольтного полупроводникового коммутатора фазоповоротного устройства, что снижает надежность и срок службы фазоповоротного устройства в целом.The disadvantage of this phase-shifting device is the lack of resistance to the effects of short-circuit currents that occur during short circuits in power lines, and shock currents that occur when switching failures in semiconductor bridge converters, which can lead primarily to damage to the high-voltage semiconductor switch of the phase-shifting device, which reduces the reliability and service life of the phase shifter as a whole.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, состоит в повышении надежности и срока службы тиристорного коммутатора, шунтового и сериесного трансформаторов путем ограничения токов короткого замыкания, воздействующих на оборудование фазоповоротного устройства в аварийных режимах, снижении стоимости и массо-габаритных показателей фазоповоротного устройства путем оптимизации числа витков секций вторичной обмотки шунтового трансформатора и числа мостовых тиристорных преобразователей тиристорного коммутатора, увеличении быстродействия при плавном дискретно-непрерывном регулировании угла фазового сдвига (время перехода с одной ступени регулирования на другую не превышает половины периода промышленной частоты), что ведет к повышению динамической устойчивости энергетической системы путем демпфирования колебаний, возникающих во время переходных электромеханических процессов.The technical result, which the proposed technical solution is aimed at, is to increase the reliability and service life of the thyristor switch, shunt and series transformers by limiting short-circuit currents affecting the equipment of the phase-shifting device in emergency conditions, reducing the cost and mass-dimensional parameters of the phase-shifting device by optimization of the number of turns of sections of the secondary winding of a shunt transformer and the number of bridge thyristor converters t Iristor switch, increasing speed with smooth discrete-continuous adjustment of the angle of the phase shift (the transition time from one stage of regulation to another does not exceed half the period of the industrial frequency), which leads to an increase in the dynamic stability of the energy system by damping vibrations arising during transient electromechanical processes.

Технический результат достигается тем, что тиристорное фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и вставлены в рассечку фаз A, B, C высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника; трехфазный шунтовой трансформатор, первичные обмотки которого высоковольтными выводами подключены к средним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединены по схеме звезды и заземлены, вторичная обмотка каждой фазы шунтового трансформатора выполнена в виде N гальванически развязанных секций; трехфазный высоковольтный тиристорный коммутатор, каждая фаза которого выполнена в виде цепочки, состоящей из N последовательно соединенных тиристорных переключателей, выполненных в виде однофазных мостовых тиристорных преобразователей с двунаправленными высоковольтными тиристорными ключами в каждом плече; секционные токоограничивающие реакторы, выводы которых с одной стороны подключены к соответствующим входам мостовых тиристорных преобразователей каждой фазы высоковольтного коммутатора, выводы реакторов с другой стороны подключены к определенным выводам секций вторичной обмотки соответствующей фазы шунтового трансформатора, при этом другие входы мостовых тиристорных преобразователей коммутатора подключены к соответствующим выводам секций вторичной обмотки шунтового трансформатора; линейные токоограничивающие реакторы, выводы которых с одной стороны подключены к высоковольтным выводам цепочек тиристорных переключателей соответствующих фаз трехфазного тиристорного коммутатора, при этом выводы реакторов с другой стороны подключены к узлам соединения схемы треугольника, выполненной из первичных обмоток сериесного трансформатора; все N секций вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора имеют разные коэффициенты трансформации и, соответственно, имеют разное число витков, при этом отношение числа витков w₁:w₂:w₃:…w_N секций каждой фазы вторичной обмотки шунтового трансформатора определяется согласно выражению 2^N-1 или 3^N-1, где N - порядковый номер секции, однофазные мостовые тиристорные преобразователи выполнены на напряжение секции, к которой они подключены, а одноименные секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации.The technical result is achieved by the fact that the thyristor phase-shifting device containing a three-phase series transformer, the secondary windings of which are made with the middle output and inserted into the phase-cut A, B, C of the high-voltage power line, and the primary windings are connected in a triangle; a three-phase shunt transformer, the primary windings of which are connected by high-voltage terminals to the middle terminals of the secondary windings of a series transformer, and are connected by a star circuit and grounded by low-voltage terminals, the secondary winding of each phase of the shunt transformer is made in the form of N galvanically isolated sections; a three-phase high-voltage thyristor switch, each phase of which is made in the form of a chain consisting of N series-connected thyristor switches made in the form of single-phase bridge thyristor converters with bi-directional high-voltage thyristor switches in each arm; sectional current-limiting reactors, the leads of which are connected on the one hand to the corresponding inputs of the bridge thyristor converters of each phase of the high-voltage switch, the leads of the reactors, on the other hand, are connected to the specific conclusions of the secondary sections of the corresponding phase of the shunt transformer, while the other inputs of the bridge thyristor converters of the switch are connected to the corresponding conclusions shunt transformer secondary winding sections; linear current-limiting reactors, the leads of which are connected on one side to the high voltage terminals of the thyristor switch chains of the corresponding phases of the three-phase thyristor switch, while the leads of the reactors, on the other hand, are connected to the connection nodes of the triangle circuit made of the primary windings of the series transformer; all N sections of the secondary winding of each phase of the shunt transformer have different transformation ratios and, accordingly, have a different number of turns, while the ratio of the number of turns w ₁ : w ₂ : w ₃ : ... w _N sections of each phase of the secondary winding of the shunt transformer is determined according to expression 2 ^N-1 or ^N-1 3, wherein N - sequence number of sections, single-phase bridge thyristor converters are made in sections voltage to which they are connected, and the same name section of the secondary winding of each phase shunt transformer configured identical th transformation ratio.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена функциональная схема фазоповоротного устройства с тиристорным управлением, включающая трехфазный сериесный трансформатор, трехфазный шунтовой трансформатор и трехфазный высоковольтный коммутатор;The essence of the invention is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a functional diagram of a phase-shifting device with thyristor control, including a three-phase series transformer, a three-phase shunt transformer and a three-phase high-voltage switch;

на фиг. 2 приведена функциональная схема цепочки одной фазы трехфазного высоковольтного коммутатора, состоящей из N последовательно соединенных однофазных мостовых тиристорных преобразователей с двунаправленными высоковольтными тиристорными ключами в каждом плече;in FIG. 2 is a functional diagram of a single-phase chain of a three-phase high-voltage switch, consisting of N series-connected single-phase bridge thyristor converters with bi-directional high-voltage thyristor switches in each arm;

на фиг. 3 приведены векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования отстающего угла фазового сдвига в фазе A линии электропередачи;in FIG. 3 is a vector diagram illustrating the principle of forming a lagging phase shift angle in phase A of the power line;

на фиг. 4 приведены векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования опережающего угла фазового сдвига в фазе A линии электропередачи.in FIG. Figure 4 shows vector diagrams explaining the principle of the formation of the leading angle of the phase shift in phase A of the power line.

Предлагаемое фазоповоротное устройство содержит трехфазный сериесный трансформатор 1, первичные обмотки 2, 3, 4 которого соединены по схеме треугольника, а вторичные обмотки 5, 6, 7 выполнены со средними выводами 8, 9, 10 и подключены к клеммам 11 рассечки фазы A, 12 рассечки фазы B, 13 рассечки фазы C трехфазной высоковольтной линии 14 электропередачи со стороны входа ФПУ и к клеммам 15 рассечки фазы A, 16 рассечки фазы B, 17 рассечки фазы С трехфазной высоковольтной линии 18 электропередачи со стороны выхода ФПУ; трехфазный шунтовой трансформатор 19, первичные обмотки 20, 21 и 22 которого высоковольтными выводами 23, 24 и 25 подключены к клеммам 8, 9, 10 вторичных обмоток 5, 6, 7 сериесного трансформатора 1, а низковольтными выводами 26, 27 и 28 соединены по схеме звезды и заземлены, при этом вторичные обмотки 29, 30 и 31 каждой фазы шунтового трансформатора 19 выполнены в виде N гальванически развязанных секций 32, 33 и 34, выводы 35, 36, 37 которых подключены к входным выводам 38, 39, 40 секционных токоограничивающих реакторов 41, 42, 43, а выводы 44, 45, 46 секций 32, 33, 34 подсоединены к входным клеммам 47, 48, 49 трехфазного высоковольтного коммутатора 50; выводы 51, 52, 53 токоограничивающих реакторов 41, 42, 43 подключены к входным клеммам 54, 55, 56 тиристорного коммутатора 50, высоковольтные выводы 57, 58 и 59 каждой фазы которого подключены к выводам соответствующих фаз 60, 61, 62 линейных токоограничивающих реакторов 63, 64, 65, при этом выводы 66, 67, 68 реакторов 63, 64, 65 подключены к узлам 69, 70, 71 схемы треугольника, выполненной из первичных обмоток 2, 3, 4 трехфазного сериесного трансформатора 1; низковольтные выводы 72, 73, 74 тиристорного коммутатора 50 соединены по схеме звезды и заземлены; каждая фаза трехфазного высоковольтного тиристорного коммутатора 50 выполнена в виде цепочки 75, 76, 77, состоящей из N последовательно соединенных однофазных мостовых тиристорных преобразователей 78, 79, 80 (фиг. 2) с двунаправленными высоковольтными тиристорными ключами 81, 82, 83, 84 в каждом плече, при этом входы мостовых тиристорных преобразователей 78, 79, 80 являются входами 47 и 56, 48 и 55, 49 и 54 трехфазного высоковольтного тиристорного коммутатора 50; все N секций 32, 33, 34 вторичной обмотки 29, 30, 31 каждой фазы шунтового трансформатора 19 имеют разные коэффициенты трансформации и, соответственно, выполнены с разным числом витков, при этом отношение числа витков w₁:w₂:w₃:…w_N секций каждой фазы вторичной обмотки 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 определяется согласно выражению 2^N-1 или 3^N-1, где N - порядковый номер секции; мостовые тиристорные преобразователи 78, 79, 80 выполнены на напряжение соответствующих секций 32, 33, 34, к которой они подключены, а одноименные секции 32, 33, 34 вторичной обмотки 29, 30, 31 каждой фазы шунтового трансформатора 19 выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации.The proposed phase-shifting device contains a three-phase serial transformer 1, the primary windings 2, 3, 4 of which are connected in a triangle pattern, and the secondary windings 5, 6, 7 are made with the middle terminals 8, 9, 10 and connected to the terminals 11 of the cut-out phase A, 12 cut phase B, 13 cut-out phase C of the three-phase high-voltage transmission line 14 from the input side of the FPU and to the terminals 15 of the cut-out phase A, 16 cut-out phase B, 17 cut-off phase C of the three-phase high-voltage transmission line 18 from the output side of the FPU; a three-phase shunt transformer 19, the primary windings 20, 21 and 22 of which are connected to the terminals 8, 9, 10 of the secondary windings 5, 6, 7 of the series transformer 1 with high-voltage terminals 23, 24 and 25, and the low-voltage terminals 26, 27 and 28 are connected according to the scheme stars and are grounded, while the secondary windings 29, 30 and 31 of each phase of the shunt transformer 19 are made in the form of N galvanically isolated sections 32, 33 and 34, the conclusions 35, 36, 37 of which are connected to the input terminals 38, 39, 40 of sectional current-limiting reactors 41, 42, 43, and the outputs 44, 45, 46 of the sections 32, 33, 34 are connected to the input m terminals 47, 48, 49 of the three-phase high-voltage switch 50; the conclusions 51, 52, 53 of the current-limiting reactors 41, 42, 43 are connected to the input terminals 54, 55, 56 of the thyristor switch 50, the high-voltage terminals 57, 58 and 59 of each phase of which are connected to the terminals of the corresponding phases 60, 61, 62 of the linear current-limiting reactors 63 , 64, 65, while the conclusions 66, 67, 68 of the reactors 63, 64, 65 are connected to the nodes 69, 70, 71 of the triangle circuit made of the primary windings 2, 3, 4 of the three-phase serial transformer 1; low-voltage leads 72, 73, 74 of the thyristor switch 50 are connected according to the star circuit and grounded; each phase of a three-phase high-voltage thyristor switch 50 is made in the form of a chain 75, 76, 77, consisting of N series-connected single-phase bridge thyristor converters 78, 79, 80 (Fig. 2) with bi-directional high-voltage thyristor switches 81, 82, 83, 84 in each shoulder, while the inputs of the bridge thyristor converters 78, 79, 80 are inputs 47 and 56, 48 and 55, 49 and 54 of a three-phase high-voltage thyristor switch 50; all N sections 32, 33, 34 of the secondary winding 29, 30, 31 of each phase of the shunt transformer 19 have different transformation ratios and, accordingly, are made with a different number of turns, with the ratio of the number of turns w ₁ : w ₂ : w ₃ : ... w _N sections of each phase of the secondary winding 29, 30, 31 of the shunt transformer 19 is determined according to the expression 2 ^N-1 or 3 ^N-1 , where N is the serial number of the section; thyristor bridge converters 78, 79, 80 are made for the voltage of the corresponding sections 32, 33, 34, to which they are connected, and the sections of the same name 32, 33, 34 of the secondary winding 29, 30, 31 of each phase of the shunt transformer 19 are made with the same transformation ratio.

Фазоповоротное устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при нулевом угле регулирования первичные обмотки 20, 21, 22 шунтового трансформатора 19 высоковольтными выводами 23, 24, 25 подключены к клеммам 8, 9, 10 вторичных обмоток 5, 6, 7 сериесного трансформатора 1, низковольтные выводы 26, 27, 28 соединены по схеме звезды и заземлены, при этом все однофазные мостовые тиристорные преобразователи 78, 79, 80 опрокинуты, т.е. в них включены два последовательных ключа 81, 82 или 83, 84 (фиг. 2); в результате все секции 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 отключены от первичных обмоток 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1, и вольтодобавочные напряжения U_dA, U_dB, U_dC на выходе ФПУ не формируются (фиг. 3 и 4).Phase-shifting device operates as follows. In the initial state, with a zero angle of regulation, the primary windings 20, 21, 22 of the shunt transformer 19 are connected to the terminals 8, 9, 10 of the secondary windings 5, 6, 7 of the serial transformer 1 with low voltage leads 26, 27, 28 connected according to the star circuit and grounded, while all single-phase bridge thyristor converters 78, 79, 80 are overturned, i.e. they include two consecutive keys 81, 82 or 83, 84 (Fig. 2); as a result, all sections 32, 33, 34 of the secondary windings 29, 30, 31 of the shunt transformer 19 are disconnected from the primary windings 2, 3, 4 of the series transformer 1, and voltage-boosting voltages U _dA , U _dB , U _{dC are} not formed at the output of the FPU (Fig. . 3 and 4).

При подаче на систему управления (СУ) трехфазным высоковольтным тиристорным коммутатором 50 сигнала от автоматической системы управления трансформаторной подстанции (АСУ ТП) или от системного оператора (СО) на работу ФПУ с ненулевым углом регулирования 5 микропроцессор СУ в соответствии с заложенными в нем алгоритмами формирования импульсов управления подает на соответствующую пару двунаправленных высоковольтных тиристорных ключей 81, 84 или 82, 83 в зависимости от необходимого знака вектора вольтодобавочного напряжения мостовых преобразователей 78, 79, 80 каждой фазы тиристорного коммутатора 50, которые должны быть включены для работы ФПУ на заданной ступени регулирования (с заданным углом регулирования δ).When a three-phase high-voltage thyristor switch 50 supplies a control system (CS) with a signal from an automatic control system of a transformer substation (ACS TP) or from a system operator (CO) to operate a FPU with a non-zero control angle 5, the microprocessor of the CS in accordance with the pulse generation algorithms laid down in it control supplies to the appropriate pair of bidirectional high-voltage thyristor switches 81, 84 or 82, 83, depending on the required sign of the voltage boost vector of the bridge converters indicators 78, 79, 80 of each phase of the thyristor switch 50, which must be turned on for the FPU to operate at a given control level (with a given control angle δ).

Принцип работы предлагаемого фазоповоротного устройства поясняется векторной диаграммой для фазы A на фиг. 3 и 4, гдеThe principle of operation of the proposed phase-shifting device is illustrated by a vector diagram for phase A in FIG. 3 and 4, where

U_A - напряжение фазы A линии 14 на входе ФПУ,U _A - phase A voltage of line 14 at the input of the FPU,

U_A1 - напряжение фазы A линии 18 на выходе ФПУ,U _A1 is the phase A voltage of line 18 at the output of the FPU,

U_dA - вольтодобавочное напряжение на вторичной обмотке 5 сериесного трансформатора 1,U _dA - boost voltage on the secondary winding 5 of the serial transformer 1,

U_T1 - напряжение на входе шунтового трансформатора ФПУ,U _T1 - voltage at the input of the shunt transformer FPU,

U_L - напряжение фазы линии 18 на приемном конце электропередачи,U _L is the phase voltage of line 18 at the receiving end of the power transmission,

I_L1 - ток линии 14 на входе ФПУ,I _L1 - current line 14 at the input of the FPU,

I_L2 - ток линии 18 на выходе ФПУ,I _L2 - current line 18 at the output of the FPU,

ΔI - входной ток ФПУ,ΔI - input current FPU,

I_2TS - ток вторичной обмотки сериесного трансформатора,I _2TS - secondary current of the series transformer,

X_L - индуктивное сопротивление линии 18.X _L is the inductive resistance of line 18.

Последовательно соединенные m работающих (где m=1, 2…N) тиристорных преобразователей 78, 79, 80 каждой фазы в зависимости от величины числа т позволяют получить различные комбинации соединений секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19, имеющих определенное отношение числа витков согласно выражению 2^N-1 или 3^N-1, и, тем самым, осуществляется плавное дискретно-непрерывное регулирование выходного напряжения на выходе тиристорного коммутатора 50 и угла фазового сдвига ФПУ.Sequentially connected m working (where m = 1, 2 ... N) thyristor converters 78, 79, 80 of each phase, depending on the number m, allow to obtain various combinations of connections of sections 32, 33, 34 of the secondary windings 29, 30, 31 of the shunt transformer 19 having a certain ratio of the number of turns according to the expression 2 ^N-1 or 3 ^N-1 , and, thereby, smooth discrete-continuous control of the output voltage at the output of the thyristor switch 50 and the phase shift angle of the FPU.

Для получения угла фазового сдвига δ, заданного сигналом от АСУ ТП или от СО, микропроцессор СУ ФПУ формирует вольтодобавочные напряжения U_dA, U_dB, U_dC путем включения определенного числа m (где m=1, 2…N) тиристорных преобразователей 78, 79, 80 каждой фазы ФПУ, осуществляющих переключение соответствующих m секций 32, 33, 34 каждой вторичной обмотки 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 в общую цепь в одно из трех состояний:To obtain the angle of phase shift δ specified by the signal from the industrial control system or from the control system, the microprocessor of the control system of the FPU generates boost voltage U _dA , U _dB , U _dC by turning on a certain number m (where m = 1, 2 ... N) of thyristor converters 78, 79 , 80 of each phase of the FPU, switching the corresponding m sections 32, 33, 34 of each secondary winding 29, 30, 31 of the shunt transformer 19 into a common circuit in one of three states:

- для формирования опережающего вектора напряжения путем включения двунаправленных тиристорных ключей 81, 84 мостовых тиристорных преобразователей 78, 79, 80 начала 35, 36, 37 обмоток 32, 33, 34 через секционные токоограничивающие реакторы 41, 42, 43 подключаются соответственно к выводам 57, 58, 59 коммутатора 50, а концы обмоток 44, 45, 46 - соответственно к выводам 72, 73, 74 коммутатора 50;- to form a leading voltage vector by turning on bi-directional thyristor switches 81, 84 of bridge thyristor converters 78, 79, 80, start 35, 36, 37 windings 32, 33, 34 through sectional current-limiting reactors 41, 42, 43 are connected respectively to terminals 57, 58 59 of the switch 50, and the ends of the windings 44, 45, 46, respectively, to the terminals 72, 73, 74 of the switch 50;

- для формирования отстающего вектора напряжения путем включения двунаправленных ключей 82, 83 мостовых тиристорных преобразователей начало обмоток 35, 36, 37 через секционные токоограничивающие реакторы 41, 42, 43 подключаются соответственно к выводам 72, 73, 74 коммутатора 50, а концы обмоток 44, 45, 46 - соответственно к выводам 57, 58, 59 коммутатора 50;- to form a lagging voltage vector by turning on bi-directional switches 82, 83 of the bridge thyristor converters, the beginning of the windings 35, 36, 37 through the sectional current-limiting reactors 41, 42, 43 are connected respectively to the terminals 72, 73, 74 of the switch 50, and the ends of the windings 44, 45 , 46 - respectively, to the conclusions 57, 58, 59 of the switch 50;

- для формирования нулевого угла регулирования выводы 57, 58, 59 коммутатора 50 подключаются соответственно к его выводам 72, 73, 74 путем опрокидывания всех однофазных мостовых тиристорных преобразователей 78, 79, 80 (включением ключей 81, 82 или 83, 84), в результате чего вторичные обмотки 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 отсекаются от первичных обмоток 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1.- to form a zero control angle, the conclusions 57, 58, 59 of the switch 50 are connected respectively to its terminals 72, 73, 74 by tipping all single-phase bridge thyristor converters 78, 79, 80 (by turning on the keys 81, 82 or 83, 84), as a result whereby the secondary windings 29, 30, 31 of the shunt transformer 19 are cut off from the primary windings 2, 3, 4 of the serial transformer 1.

Полученное трехфазное напряжение на вторичной стороне шунтового трансформатора 19 поступает на первичные обмотки 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1, соединенные по схеме треугольника, на вторичных обмотках 5, 6, 7 которого получаются необходимые вольтодобавочные напряжения U_dA, U_dB, U_dC. Вторичные обмотки 5, 6, 7 сериесного трансформатора 1, выполненные со средними выводами, подключены к клеммам рассечек соответствующих фаз линии электропередачи. Выполнение сериесного трансформатора 1 со средними выводами вторичных обмоток 5, 6, 7 позволяет получить выходное напряжение фазоповоротного устройства U_A1, равное входному напряжению U_A при любых углах регулирования 5, как показано на векторной диаграмме фиг. 3 и 4.The resulting three-phase voltage on the secondary side of the shunt transformer 19 is supplied to the primary windings 2, 3, 4 of the serial transformer 1 connected in a triangle circuit, on the secondary windings 5, 6, 7 of which the necessary boost voltage U _dA , U _dB , U _dC are obtained. The secondary windings 5, 6, 7 of the series transformer 1, made with the middle terminals, are connected to the junction terminals of the corresponding phases of the power line. The execution of a series transformer 1 with the middle terminals of the secondary windings 5, 6, 7 allows to obtain the output voltage of the phase-shifting device U _A1 equal to the input voltage U _A at any control angles 5, as shown in the vector diagram of FIG. 3 and 4.

Таким образом, в предлагаемом изобретении технический результат, заключающийся в повышении надежности и срока службы оборудования фазоповоротного устройства и снижении стоимости и массо-габаритных показателей, достигается за счет использования секционных токоограничивающих реакторов 41, 42, 43, включаемых между выводами 35, 36, 37 секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 и входными клеммами 54, 55, 56 тиристорного коммутатора 50, что ограничивает аварийные токи при нарушениях коммутации в мостовых тиристорных преобразователях, и линейных реакторов 63, 64, 65, включаемых между выводами 57, 58, 59 трехфазного тиристорного коммутатора 50 и узлами соединения 69, 70, 71 первичных обмоток 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1, что снижает аварийные токи, воздействующие на высоковольтные тиристорные ключи коммутатора при коротких замыканиях в электрической сети, а также за счет оптимального выбора числа витков секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 согласно отношению 2^N-1 или 3^n-1, где N - порядковый номер секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19, что обеспечивает снижение стоимости и массо-габаритных показателей и плавное дискретно-непрерывное регулирование угла фазового сдвига ФПУ.Thus, in the present invention, the technical result, which consists in increasing the reliability and service life of the equipment of the phase-shifting device and reducing the cost and weight and size indicators, is achieved through the use of sectional current-limiting reactors 41, 42, 43, included between the conclusions 35, 36, 37 sections 32, 33, 34 of the secondary windings 29, 30, 31 of the shunt transformer 19 and the input terminals 54, 55, 56 of the thyristor switch 50, which limits the emergency currents in case of switching failures in bridge thyristor converters telephones and linear reactors 63, 64, 65 connected between the terminals 57, 58, 59 of the three-phase thyristor switch 50 and the connection nodes 69, 70, 71 of the primary windings 2, 3, 4 of the series transformer 1, which reduces the emergency currents affecting high-voltage thyristor switches of the switch during short circuits in the electric network, as well as due to the optimal choice of the number of turns of sections 32, 33, 34 of the secondary windings 29, 30, 31 of the shunt transformer 19 according to the ratio 2 ^N-1 or 3 ^n-1 , where N is an ordinal number of sections 32, 33, 34 of the secondary windings 29, 30, 31 of the shunt tra informant 19, which provides a reduction in cost and mass-dimensional indicators and smooth discrete-continuous adjustment of the phase shift angle of the FPU.

Claims

Фазоповоротное устройство с тиристорным управлением, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и вставлены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, трехфазный высоковольтный тиристорный коммутатор, низковольтные выводы всех фаз которого соединены по схеме звезды, а входные выводы каждой фазы коммутатора подключены ко вторичной обмотке соответствующей фазы трехфазного шунтового трансформатора, первичные обмотки которого высоковольтными выводами подключены к средним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединены по схеме звезды и заземлены, при этом вторичная обмотка каждой фазы шунтового трансформатора выполнена в виде N гальванически развязанных секций, а каждая фаза трехфазного высоковольтного тиристорного коммутатора выполнена в виде цепочки, состоящей из N последовательно соединенных однофазных мостовых тиристорных преобразователей с двунаправленными высоковольтными тиристорными ключами в каждом плече, причем входы мостовых тиристорных преобразователей каждой фазы высоковольтного тиристорного коммутатора подключены к выводам одноименных секций вторичной обмотки соответствующей фазы шунтового трансформатора, мостовые тиристорные преобразователи выполнены на напряжение соответствующей секции, к которой они подключены, а одноименные секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации, все N секций вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора имеют разные коэффициенты трансформации и, соответственно, имеют разное число витков, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено секционными и линейными токоограничивающими реакторами, причем секционные токоограничивающие реакторы своими выводами с одной стороны подключены к соответствующим входам мостовых тиристорных преобразователей каждой фазы высоковольтного тиристорного коммутатора, а выводами с другой стороны подключены к определенным выводам секций вторичной обмотки соответствующей фазы шунтового трансформатора, при этом другие входы мостовых тиристорных преобразователей коммутатора подключены к соответствующим выводам секций вторичной обмотки шунтового трансформатора, кроме того, линейные токоограничивающие реакторы своими выводами с одной стороны подключены к высоковольтным выводам цепочек мостовых тиристорных преобразователей соответствующих фаз трехфазного тиристорного коммутатора, а другими выводами подключены к узлам схемы треугольника первичных обмоток сериесного трансформатора, при этом отношение числа витков w₁:w₂:w₃:... w_N секций каждой фазы вторичной обмотки шунтового трансформатора определяется согласно выражению 2^N-1 или 3^N-1, где N - порядковый номер секции.

A thyristor-controlled phase-shifting device containing a three-phase series transformer, the secondary windings of which are made with a middle terminal and inserted into the phase separation of the high-voltage power line, and the primary windings are connected in a triangle circuit, a three-phase high-voltage thyristor switch, the low-voltage terminals of all phases of which are connected according to the star circuit, and the input terminals of each phase of the switch are connected to the secondary winding of the corresponding phase of the three-phase shunt transformer, primary whose high-voltage leads are connected to the middle terminals of the secondary windings of the series transformer, and the low-voltage leads are connected according to the star circuit and are grounded, while the secondary winding of each phase of the shunt transformer is made in the form of N galvanically isolated sections, and each phase of the three-phase high-voltage thyristor switch is made in the form of a chain consisting of N series-connected single-phase bridge thyristor converters with bi-directional high-voltage thyristor switches each arm, and the inputs of the bridge thyristor converters of each phase of the high-voltage thyristor switch are connected to the terminals of the same sections of the secondary winding of the corresponding phase of the shunt transformer, the bridge thyristor converters are made to the voltage of the corresponding section to which they are connected, and the sections of the secondary winding of the same section of each phase of the shunt transformer made with the same transformation ratio, all N sections of the secondary winding of each phase of the shunt transformer Ora have different transformation ratios and, accordingly, have a different number of turns, characterized in that the device is additionally equipped with sectional and linear current-limiting reactors, and sectional current-limiting reactors with their conclusions on one side are connected to the corresponding inputs of bridge thyristor converters of each phase of the high-voltage thyristor switch, and pins on the other hand are connected to specific pins of the secondary sections of the corresponding phase of the shunt transfer ormatator, while the other inputs of the bridge thyristor converters of the switch are connected to the corresponding terminals of the secondary sections of the shunt transformer, in addition, the linear current-limiting reactors with their terminals on one side are connected to the high voltage terminals of the chains of bridge thyristor converters of the corresponding phases of the three-phase thyristor switch, and the other terminals are connected to nodes of the triangle circuit of the primary windings of a series transformer, while the ratio of the number of turns w ₁ : w ₂ : w ₃ : ... w _N sections of each phase of the secondary winding of the shunt transformer is determined according to the expression 2 ^N-1 or 3 ^N-1 , where N is the serial number of the section.