RU1793514C - Transformer-thyristor compensator of reactive power - Google Patents

Description

коммутатора с естественной коммутацией увеличивает потребл емую реактивную мощность как коммутатором, так и трансформаторами .A naturally switched switch increases the reactive power required by both the switch and transformers.

Известно также трансформаторно-ти- ристорное устройство дл  реулировани  ре- .активной мощности, содержащее два трехфазных трансформатора и два тири- сторных коммутатора с системами управлени . Первичные обмотки первого и второго трехфазных трансформаторов соединены между собой последовательно и включены между сетью и нагрузкой, а вторичные обмотки этих трансформаторов объединены через первый тиристорный коммутатор, в то врем  как второй тиристорный коммутатор осуществл ет переключение секций только вторичной обмотки первого трехфазного трансформатора.A transistor-thyristor device for controlling reactive power is also known, comprising two three-phase transformers and two thyristor switches with control systems. The primary windings of the first and second three-phase transformers are interconnected in series and connected between the network and the load, and the secondary windings of these transformers are connected through the first thyristor switch, while the second thyristor switch only switches the secondary sections of the first three-phase transformer.

Однако и это устройство обладает недо- статками. Оно обладает ограниченными функциональными возможност ми, которые выражаютс  в том, что в процессе регулировани  фазы устройство не обеспечивает компенсацию реактивной мощности и не стабилизирует выходное напр жение , которое зависит от нескольких факторов (изменение величины и характера нагрузки, изменение амплитуды напр жени  сети, обеспечение требуемого диапазо- на регулировани  фазы).However, this device also has drawbacks. It has limited functional capabilities, which are expressed in the fact that in the process of phase control the device does not provide reactive power compensation and does not stabilize the output voltage, which depends on several factors (changing the magnitude and nature of the load, changing the voltage amplitude of the network, providing the required phase control range).

Известное трансформаторно-тгиристор- ноё регулирующее устройство, вз тое за прототип, включает два инвертора, питающихс  .от общего источника и имеющих син- хронизированные с общим генератором системы управлени . Выводы инверторов подключены ко вторичным обмоткам двух трансформаторов, первичные обмотки (сетевые ) которых включены последовательно и подсоединены к общей нагрузке.The known transformer-thyristor control device, taken as a prototype, includes two inverters powered from a common source and having control systems synchronized with a common generator. The terminals of the inverters are connected to the secondary windings of two transformers, the primary windings (network) of which are connected in series and connected to the common load.

Устройство обеспечивает регулирование напр жени  нагрузки за счет регулирог вани  фазы выходного напр жени  одного инвертора относительно выходного напр - жени  другого инвертора и суммировани  этих напр жений при помощи трансформаторов . Однако оно ограничено только этой функциональной возможностью и не обеспечивает компенсацию реактивной мощно- сти и стабилизацию напр жени .The device provides regulation of the load voltage by adjusting the phase of the output voltage of one inverter relative to the output voltage of the other inverter and summing these voltages using transformers. However, it is limited only by this functionality and does not provide reactive power compensation and voltage stabilization.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей за счет обеспечени  полной компенсации реактив- ной мощности и стабильности выходного напр жени .The aim of the invention is to expand the functionality by providing full compensation for reactive power and output voltage stability.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дополнительно введены датчик реактивной мощности сети, датчик напр жени  нагрузки, выпр митель и блокThis goal is achieved by the fact that the device additionally includes a reactive power sensor network, a load voltage sensor, a rectifier and a unit

сравнени , причем выход датчика реактивной мощности сети подключен к управл ющему входу системы управлени  первым инвертором, первый вход блока сравнени  подключен к выходу датчика напр жени , второй вход блока сравнени  подключен к источнику задающего сигнала, а выход бло- ка сравнени  подключен к управл ющему входу системы управлени  вторым инверто ром, синхронизирующие входы первой и второй систем управлени  инверторами подключены к выходам дл  подключени  к сети, к которым также подключено начало первичной обмотки первого трансформатора , входы выпр мител  подключены к выводам дл  подключени  к нагрузке, а выходы выпр мител  к объединенным входам инверторов . comparison, and the output of the reactive power sensor of the network is connected to the control input of the control system of the first inverter, the first input of the comparison unit is connected to the output of the voltage sensor, the second input of the comparison unit is connected to the source of the reference signal, and the output of the comparison unit is connected to the control input control systems of the second inverter, the synchronizing inputs of the first and second control systems of inverters are connected to the outputs for connecting to the network, to which the beginning of the primary winding of the first trans ormatora, input rectifier are connected to terminals for connection to a load, and outputs rectified DC converter to the combined inputs of inverters.

Такое устройство обладает следующими возможност ми. Оно в процессе регулировани  фазы обеспечивает регулирование ре.активной мощности и возможен режим регулировани  как потребл емой (недоком- пенсаци ). так и отдаваемой (перекомпенсаци ) реактивной мощности, либо регулирование фазы без потреблени  (полна  компенсаци ) реактивной мощности сети , а также регулирует в узком диапазоне амплитуду выходного напр жени  относительно напр жени  сети или стабилизирует это напр жение на заданном уровне независимо от диапазона регулировани  фазы, величины и характера.нагрузки, а также качества напр жени  сети.Such a device has the following features. It in the process of phase control provides control of the reactive power and a control mode as consumed (undercompensation) is possible. either the reactive power supplied (overcompensation), or phase control without consumption (full compensation) of the reactive power of the network, and also regulates in a narrow range the amplitude of the output voltage relative to the network voltage or stabilizes this voltage at a given level regardless of the phase control range, the magnitude and nature of the load, as well as the quality of the mains voltage.

Расширенные функциональные возможности достигаютс  применением в устройстве двух трехфазных инверторов с системами управлени , обеспечивающими регулирование фазы выходных напр жений инверторов на требуемые углы а и Д при которых величина выходного напр жени  и величина потребл емой или отдаваемой реактивной мощности остаютс  на заданном уровне, а также применением датчика реактивной мощности сети и датчика напр жени  нагрузки, которые обеспечивают совместно с системами уравнени  фазой выходных напр жений первого и второго инверторов автоматическую стабилизацию выходного напр жени  устройства на заданном уровне.и полную компенсацию реактивной мощности сети,Enhanced functionality is achieved by using two three-phase inverters in the device with control systems that provide phase control of the output voltage of the inverters to the required angles a and D at which the magnitude of the output voltage and the magnitude of the consumed or supplied reactive power remain at a given level, as well as the use of a sensor the reactive power of the network and the load voltage sensor, which together with the phase-balancing systems provide the first and second voltage output voltages PTOP automatic stabilization of output voltage at a predetermined device urovne.i full compensation of reactive power network,

На фиг.1 приведена принципиальна  схема силовой части трансформаторно-ти- ристорного компенсатора реактивной мощности; на фиг.2 и 3 - векторные диаграммы режимов работы устройства.Figure 1 shows a schematic diagram of the power part of a transformer-thyristor reactive power compensator; figure 2 and 3 are vector diagrams of the operating modes of the device.

Устройство (фиг.1) содержит первый и второй трехфазные трансформаторы 1 и 2, первый и второй трехфазные инверторы 3 иThe device (figure 1) contains the first and second three-phase transformers 1 and 2, the first and second three-phase inverters 3 and

4, выпр митель 5. системы управлени  первым и вторым трехфазными инверторами 6 и 7, датчик реактивной мощности 8 в комплекте с трансформаторами тока, датчик напр жени  9, устройство сравнени  10. нагрузку 11.4, rectifier 5. control systems of the first and second three-phase inverters 6 and 7, reactive power sensor 8 complete with current transformers, voltage sensor 9, comparator 10. load 11.

На векторных диаграммах (фиг.2 и фиг.З) введены следующие обозначени :In the vector diagrams (FIG. 2 and FIG. 3), the following notation is introduced:

Oi,U2 напр жени  сети и нагрузки;Oi, U2 line voltage and load;

li, h токи сети и нагрузки;li, h network currents and loads;

У2 - углы между током и напр жением С9ответственно сети и нагрузки; U2 — angles between current and voltage C9, respectively, of the network and load;

On, Uf2, Of - соответственно напр жени  первого и второго трехфазных инверторов напр жени  и их векторна  сумма;On, Uf2, Of, respectively, the voltages of the first and second three-phase voltage inverters and their vector sum;

if - ток, потребл емый выпр мителем;if is the current consumed by the rectifier;

- коэффициенты трансформации первого и второго трехфазных трансформаторов; - transformation ratios of the first and second three-phase transformers;

о: и/ - углы управлени  тиристорами соответственно первого и второго трехфазных инверторов.o: and / are the thyristor control angles of the first and second three-phase inverters, respectively.

Трансформаторно-тиристорный компенсатор реактивной мощности (фиг.1) работает следующим образом. Выходное напр жение устройства U2 формируетс  из напр жени  сети Ui и напр жений двухTransformer-thyristor reactive power compensator (figure 1) works as follows. The output voltage of the device U2 is formed from the voltage of the network Ui and the voltages of two

трехфазных инверторов 3 и 4 UneJ иthree-phase inverters 3 and 4 UneJ and

Uf2e, регулируемых по фазе на углы а и/3 . При помощи трехфазных трансформаторов 1 и 2 выходные напр жени  трехфазных инверторов 3 и 4 уменьшаютс  в коэффициент трансформации Кт раз и прибавл ютс  к напр жению сети. В результате этого напр жение нагрузки 11 будет иметь видUf2e, phase adjustable at angles a and / 3. Using three-phase transformers 1 and 2, the output voltages of the three-phase inverters 3 and 4 are reduced by a factor of transformation Kt times and added to the mains voltage. As a result of this, the load voltage 11 will have the form

U2 Ui + KTUfie a + KTUf2e.(1) Так как трехфазные инверторы 3 и 4 питаютс  от одного и того же выпр мленного стабилизированного напр жени  нагрузки 11, то и амплитудные значени  выходных напр жений трехфазных инверторов 3 и 4 также будут равныU2 Ui + KTUfie a + KTUf2e. (1) Since the three-phase inverters 3 and 4 are powered by the same rectified stabilized load voltage 11, the amplitude values of the output voltages of the three-phase inverters 3 and 4 will also be equal

Ufi Uf2 Uf, и тогдаUfi Uf2 Uf, and then

00

+ KTUf (eja + eV5) .(2) Из выражени  (2) и из векторных диаграмм (фиг.2 и 3) видно, что амплитуду и фазу вектора напр жени  U2 можно регулировать изменением углов ди/. В устройстве изменение угла а осуществл етс  в функции отклонени  от нул  реактивной мощности сети, а изменение угла / - в функции отклонени  от заданного уровн  напр жени  нагрузки 11. При потреблении (генерации ) устройством реактивной мощности сигнал с выхода датчика реактивной мощности сети 8 поступает на систему управлени  б первым трехфазным инвертором 3 и увеличивает угол управлени  тиристорами первого трехфазного инвертора 3 (t в сторону опережени  (отставани ) относительно напр жени  сети. При этом датчик напр жени  9. осуществл   контроль выходного напр жени , подает сигнал обратной св зи на элемент сравнени  10, на котором этот сигнал сравниваетс  с сигналом пропорциональным заданному, например, номинальному значению напр жени  сети. Разность этих сигналов с выхода элемента сравнени  подаетс - на систему управлени  7 вторым трехфазным инвертором 4. котора , измен   угол управлени  тиристорами второго + KTUf (eja + eV5). (2) From expression (2) and from the vector diagrams (Figs. 2 and 3) it can be seen that the amplitude and phase of the voltage vector U2 can be controlled by changing the angles di /. In the device, the angle a is changed as a function of the deviation from zero of the reactive power of the network, and the angle / is changed as a function of the deviation from the set level of the load voltage 11. When the device consumes (generates) reactive power, the signal from the output of the reactive power sensor of the network 8 is fed to the control system used by the first three-phase inverter 3 and increases the control angle of the thyristors of the first three-phase inverter 3 (t in the direction of leading (lagging) relative to the mains voltage. In this case, the voltage sensor 9. implemented monitoring the output voltage, provides a feedback signal to the comparison element 10, on which this signal is compared with a signal proportional to, for example, the rated voltage of the mains.The difference between these signals from the output of the comparison element is supplied to the control system 7 by the second three-phase inverter 4 which, by changing the angle of control of the thyristors of the second

п трехфазного инвертора 4/, осуществл ет регулирование амплитуды выходного напр жени . В результате такого фазового воздействи  на выходные напр жени  первого и второго трехфазных инверторов Он иp three-phase inverter 4 /, controls the amplitude of the output voltage. As a result of this phase effect on the output voltages of the first and second three-phase inverters, He and

Uf2 результирующий вектор Of будет так формировать свой модуль и аргумент, что вектор U2 (см. фиг.2 и 3)  вл етс  радиусом заданной окружности.Uf2, the resulting vector Of will form its modulus and argument in such a way that the vector U2 (see Figs. 2 and 3) is the radius of the given circle.

Использование предлагаемого устрой„ ства позвол ет осуществл ть полную компенсацию реактивной мощности в различных системах трехфазного тока с обеспечением заданной стабильной амплитуды выходного напр жени  независимо отUsing the proposed device allows for complete compensation of reactive power in various three-phase current systems with the provision of a given stable amplitude of the output voltage, regardless

с- жесткости внешней характеристики сети; а также величины и характера нагрузки.c - rigidity of the external characteristics of the network; as well as the magnitude and nature of the load.

Фор мула изобретени  Трансформаторно-тиристорный компенсатор реактивной мощности, содержащий два инвертора с синхронизированными системами управлени , два трансформатора , первичные обмотки которых включены последовательно между собой, причем конец первичной обмотки первого трансформатора подключен к началу первичной обмотки второго трансформатора, другойThe invention is a transistor-thyristor reactive power compensator containing two inverters with synchronized control systems, two transformers, the primary windings of which are connected in series with each other, with the end of the primary winding of the first transformer connected to the beginning of the primary winding of the second transformer, the other

вывод которой подключен к выводам дл  подключени  нагрузки, а вторичные обмотки первого и второго трансформаторов подключены соответственно к выходам первого и второго инверторов, входы которых объединены и подключены к источнику посто нного напр жени , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, в него дополнительно введены датчик реактивной мощности сети, датчик напр жени  нагрузки, выпр митель и блок сравнени , причем выход датчика реактивной , мощности сети подключен к уп- равл юи&Му входу системы управлени  первым инвертором, первый вход блока сравнени  подключен к выходу датчика напр жени , йто р о1 Ъпока : : вн ен подключен к Источнику сигнала, а выход -блока сравнени  подключен к управл ющему входу системы управлени  второго инвертора, синхронизирующие входы первой и второй систем управлени  инверторами подключены к выводам дл  подключени  к сети, к которым также подключено начало первичной обмотки первого трансформатора , вхбды выпр мител  подключены к выводам дл  подключени  к нагрузке, а выходы выпр мител  - к объединенным входам инверторов. the output of which is connected to the terminals for connecting the load, and the secondary windings of the first and second transformers are connected respectively to the outputs of the first and second inverters, the inputs of which are combined and connected to a constant voltage source, characterized in that, in order to expand the functionality, additionally, a reactive power sensor, a load voltage sensor, a rectifier and a comparison unit are introduced; moreover, the output of a reactive, network power sensor is connected to the control & control of the first inverter, the first input of the comparison unit is connected to the output of the voltage sensor, yo r o1 bok:: is connected to the signal source, and the output of the comparison unit is connected to the control input of the control system of the second inverter, synchronizing inputs of the first and second control systems the inverters are connected to the terminals for connecting to the network, to which the beginning of the primary winding of the first transformer is also connected, while the rectifier is connected to the terminals for connecting to the load, and the outputs of the rectifier are combined the inputs of the inverters.