RU2561192C1 - DEVICE OF CENTRALISED COMPENSATION OF REACTIVE POWER IN n-PHASE HIGH-VOLTAGE NETWORK - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device contains a reactive power regulator, a reactive power measuring instrument, a voltage transformer, n batteries of cosine capacitors, each comprises m cosine capacitors the first leads of which are integrated and connected to the common bus, n contactor units, each comprises m contactors, n batteries of tuning cosine capacitors are also added, each comprises k tuning cosine capacitors the first leads of which are integrated and connected to the common bus, n blocks of switches, each comprises k switches, a controller, n analysers of harmonious composition of a signal, and the total capacity CΣbt in each of n batteries of tuning capacitors is selected from the relation CΣbt=Cc, where Cc - the capacity of the single capacitor in each of n batteries of cosine capacitors, where n, m, k>/=1.

EFFECT: improvement of energy saving in networks with variable load.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, обеспечивающим энергосбережение путем централизованной компенсации реактивной мощности в условиях переменных нагрузок, и может быть использовано в высоковольтных электрических сетях напряжением от 3 кВ и выше.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices that provide energy saving by centralized compensation of reactive power in conditions of variable loads, and can be used in high voltage electrical networks with a voltage of 3 kV and above.

Централизованная компенсация применяется на предприятиях с большим количеством потребителей, имеющих большой разброс коэффициента мощности в течение суток, то есть для переменной нагрузки. В энергосистемах таких предприятий индивидуальная компенсация неприемлема, так как, во-первых, становится слишком дорогостоящей из-за большого числа потребителей и, во-вторых, возрастает вероятность перекомпенсации.Centralized compensation is used in enterprises with a large number of consumers with a wide variation in power factor during the day, that is, for a variable load. In the power systems of such enterprises, individual compensation is unacceptable, because, firstly, it becomes too expensive due to the large number of consumers and, secondly, the likelihood of overcompensation increases.

Из уровня техники известны способы и устройства компенсации реактивной мощности в высоковольтных сетях, которые выполняются в основном с использованием следующих средств:The prior art methods and devices for reactive power compensation in high voltage networks, which are performed mainly using the following means:

шунтирующих реакторов;shunt reactors;

статических тиристорных компенсаторов;static thyristor compensators;

косинусных конденсаторов.cosine capacitors.

Известны [Александров Г.Н., Передача электрической энергии. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2007. - 412 с. (Энергетика в политехническом университете). Стр.173] компенсаторы реактивной мощности в высоковольтной сети, выполненные на базе не перестраиваемых шунтирующих реакторов, подключенных непосредственно к линейным проводам высоковольтной линии. Недостатком таких компенсаторов является возможность возникновения перекомпенсации и паразитных резонансов при изменении нагрузки в линии, а также низкая надежность и высокая стоимость вследствие того, что реакторы должны быть выполнены с учетом возможности функционирования в условиях высоких напряжений.Known [Alexandrov GN, Transmission of electrical energy. St. Petersburg: Publishing House of the Polytechnic University, 2007. - 412 p. (Energy at the Polytechnic University). P.173] reactive power compensators in the high-voltage network, made on the basis of non-tunable shunt reactors connected directly to the linear wires of the high-voltage line. The disadvantage of such compensators is the possibility of overcompensation and spurious resonances when the load in the line changes, as well as low reliability and high cost due to the fact that the reactors must be made taking into account the possibility of functioning at high voltages.

Известен [Патент РФ №2280934, МПК H02J 3/18, опубликовано 27.07.2006] компенсатор реактивной мощности, в котором в качестве средства компенсации используют подключаемые через понижающий трансформатор к высоковольтной сети тиристорно-реакторная группа, фильтры высших гармоник и статический компенсатор реактивной мощности на полностью управляемых вентилях (СТАТКОМ), в котором частично устранены указанные выше недостатки. Однако недостатком такого компенсатора реактивной мощности является высокая стоимость, значительное потребление активной мощности и высокий уровень гармоник, источником которых является СТАТКОМ. Это обусловлено тем обстоятельством, что СТАТКОМ фактически представляет собой инвертор, выполненный на мощных полевых транзисторах, который из напряжения источника постоянного тока формирует синусоидальное напряжение, изменяемое по фазе за счет использования широтно-импульсной модуляции. Использование в качестве компенсирующих устройств СТАТКОМ может привести к отрицательному эффекту - затраты активной энергии на компенсацию могут превысить экономию от снижения затрат на реактивную энергию.Known [RF Patent No. 2280934, IPC H02J 3/18, published July 27, 2006] a reactive power compensator, in which a thyristor-reactor group, higher harmonics filters and a static reactive power compensator are connected through a step-down transformer to a high-voltage network fully controlled valves (STATCOM), which partially eliminated the above disadvantages. However, the disadvantage of such a reactive power compensator is the high cost, significant consumption of active power and a high level of harmonics, the source of which is STATCOM. This is due to the fact that STATCOM is actually an inverter made on high-power field-effect transistors, which from a voltage of a direct current source generates a sinusoidal voltage that changes in phase due to the use of pulse-width modulation. The use of STATCOM as compensating devices can lead to a negative effect - the cost of active energy for compensation may exceed the savings from reducing the cost of reactive energy.

Известно [Патент РФ №2337424, МПК H01F 29/14, опубликовано 27.10.2008] устройство централизованной компенсации реактивной мощности в n-фазной высоковольтной сети, содержащее регулятор реактивной мощности, измеритель реактивной мощности, выход которого подключен к управляющему входу регулятора реактивной мощности, трансформатор напряжения, выводы первичной обмотки которого подключены к соответствующим линейным проводам n-фазной высоковольтной сети, а выводы вторичной обмотки которого подключены к общей шине и соответствующим входам измерителя реактивной мощности, n батарей косинусных конденсаторов, каждая из которых включает m косинусных конденсаторов, первые выводы которых объединены и подключены к общей шине, n блоков контакторов, каждый из которых включает m контакторов, первые силовые выводы которых подключены к вторым выводам соответствующих косинусных конденсаторов из n батарей косинусных конденсаторов, вторые выводы которых объединены, а управляющие входы которых подключены к соответствующим управляющим выходам регулятора реактивной мощности. Положительной отличительной особенностью известного устройства централизованной компенсации реактивной мощности, принятого за прототип, является то, что в нем в качестве средства компенсации реактивной мощности используются автоматически коммутируемые батареи косинусных конденсаторов.It is known [RF Patent No. 2337424, IPC H01F 29/14, published October 27, 2008] a device for centralized compensation of reactive power in an n-phase high-voltage network containing a reactive power regulator, a reactive power meter, the output of which is connected to the control input of the reactive power regulator, a transformer voltage, the terminals of the primary winding of which are connected to the corresponding linear wires of the n-phase high-voltage network, and the terminals of the secondary winding of which are connected to a common bus and the corresponding inputs of the meter active power, n batteries of cosine capacitors, each of which includes m cosine capacitors, the first terminals of which are combined and connected to a common bus, n blocks of contactors, each of which includes m contactors, the first power terminals of which are connected to the second terminals of the corresponding cosine capacitors of n batteries of cosine capacitors, the second conclusions of which are combined, and the control inputs of which are connected to the corresponding control outputs of the reactive power regulator. A positive distinctive feature of the known device for centralized compensation of reactive power, adopted as a prototype, is that it uses automatically switched batteries of cosine capacitors as a means of compensating reactive power.

Основными преимуществами использования батарей косинусных конденсаторов для компенсации реактивной мощности являются:The main advantages of using cosine capacitor banks to compensate for reactive power are:

- небольшие, практически постоянные в зоне номинальной температуры окружающей среды, удельные потери активной мощности косинусных конденсаторов, не превышающие 0,5 Вт на 1 квар компенсационной мощности, т.е. не более 0,5%.- small, almost constant in the zone of the rated ambient temperature, specific losses of the active power of the cosine capacitors, not exceeding 0.5 W per 1 kvar of compensation power, i.e. no more than 0.5%.

- отсутствие механически перемещаемых частей в процессе эксплуатации;- the absence of mechanically movable parts during operation;

- простота монтажа и эксплуатации;- ease of installation and operation;

- относительно невысокие капиталовложения;- relatively low investment;

- большой диапазон подбора требуемой мощности;- a large range of selection of required power;

- относительная простота схемы регулирования реактивной мощности;- the relative simplicity of the reactive power control circuit;

- возможность установки в любых точках электросети, бесшумность работы.- the ability to install at any point in the power grid, silent operation.

Однако в известном устройстве батареи косинусных конденсаторов подключены непосредственно к линейным проводам высоковольтной сети и в нем отсутствуют средства защиты косинусных конденсаторов от перенапряжений, обусловленных как наличием высших гармоник, так и скачков напряжения в моменты резкого изменения реактивной составляющей нагрузки потребителей. Указанные обстоятельства приводят к следующим недостаткам:However, in the known device, the batteries of cosine capacitors are connected directly to the linear wires of the high-voltage network and there are no means for protecting cosine capacitors from overvoltages due to both the presence of higher harmonics and voltage surges at the time of a sharp change in the reactive component of the load of consumers. These circumstances lead to the following disadvantages:

- снижение надежности функционирования устройства вследствие отказов косинусных конденсаторов и силовых контакторов из-за перенапряжений;- reduced reliability of the device due to failures of cosine capacitors and power contactors due to overvoltage;

- использование дорогостоящего управляемого магнитного реактора для повышения точности регулирования по причине нецелесообразности наращивания батарей косинусных конденсаторов вследствие их больших габаритов (из-за большого рабочего напряжения) и высокой стоимости;- the use of an expensive controlled magnetic reactor to increase the regulation accuracy due to the inexpediency of increasing the batteries of cosine capacitors due to their large dimensions (due to the large operating voltage) and high cost;

- низкое быстродействие из-за инерционности управляемого магнитного реактора;- low speed due to the inertia of the controlled magnetic reactor;

- наличие коммутационных бросков напряжения в сети из-за возникновения высоковольтных разрядов между контактами в момент срабатывания контакторов.- the presence of switching voltage surges in the network due to the occurrence of high-voltage discharges between the contacts at the moment the contactors are triggered.

Задачей настоящего изобретения является улучшение энергосбережения в сетях с переменной нагрузкой.The objective of the present invention is to improve energy efficiency in networks with variable load.

Технический результат, получаемый в результате осуществления и использования заявленного изобретения, заключается в повышении надежности и быстродействии устройства централизованной компенсации реактивной мощности, улучшении качества тока в сети, а также снижении габаритов и стоимости устройства.The technical result obtained as a result of the implementation and use of the claimed invention is to increase the reliability and speed of the device for centralized compensation of reactive power, improve the quality of current in the network, as well as reduce the size and cost of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство централизованной компенсации реактивной мощности в n-фазной высоковольтной сети, содержащее регулятор реактивной мощности 1, измеритель реактивной мощности 2, выход которого подключен к управляющему входу регулятора реактивной мощности 1, трансформатор напряжения 3, выводы первичной обмотки которого подключены к соответствующим линейным проводам n-фазной высоковольтной сети, а выводы вторичной обмотки которого подключены к общей шине и соответствующим входам измерителя реактивной мощности 2, n батарей косинусных конденсаторов 4, каждая из которых включает m косинусных конденсаторов 5, первые выводы которых объединены и подключены к общей шине, n блоков контакторов 6, каждый из которых включает m контакторов 7, первые силовые выводы которых подключены к вторым выводам соответствующих косинусных конденсаторов 5 из n батарей косинусных конденсаторов 4, вторые силовые выводы которых объединены, а управляющие входы которых подключены к соответствующим управляющим выходам регулятора реактивной мощности 1, дополнительно содержит: n батарей подстроечных косинусных конденсаторов 11, каждая из которых включает k подстроечных косинусных конденсаторов 12, первые выводы которых объединены и подключены к общей шине; n блоков коммутаторов 13, каждый из которых включает k коммутаторов 14, первые силовые выводы которых подключены ко вторым выводам соответствующих подстроечных косинусных конденсаторов 12 из n батарей подстроечных косинусных конденсаторов 11, вторые силовые выводы которых соединены с объединенными вторыми силовыми выводами контакторов 7 из соответствующего n блока контакторов 6; контроллер 10, информационные выходы которого подключены к информационным входам регулятора реактивной мощности 1, управляющий вход - к управляющему выходу регулятора реактивной мощности 1, а управляющие выходы - к управляющим входам коммутаторов 14 соответствующего n блока коммутаторов 13; n анализаторов 9 гармонического состава сигнала, первые входы которых подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора напряжений 3, вторые входы - к объединенным вторым силовым выводам контакторов 7 соответствующего n блока контакторов 6, а выходы - к соответствующим входам контроллера 10; понижающий трансформатор 8, выводы первичной обмотки которого подключены к соответствующим линейным проводам n-фазной высоковольтной сети, а соответствующие выводы вторичной обмотки - к общей шине и объединенным вторым силовым выводам контакторов 7 соответствующего n блока контакторов 6; при этом суммарную емкость CΣбп в каждой из n батарей подстроечных конденсаторов 11 выбирают из соотношения CΣбп=Ск, где Ск - емкость единичного конденсатора в каждой из n батарей косинусных конденсаторов 4, где n, m, k>/=1.The specified technical result is achieved by the fact that a device for centralized compensation of reactive power in an n-phase high-voltage network, comprising a reactive power regulator 1, a reactive power meter 2, the output of which is connected to the control input of the reactive power regulator 1, voltage transformer 3, the primary windings of which are connected to the corresponding linear wires of the n-phase high-voltage network, and the terminals of the secondary winding of which are connected to a common bus and the corresponding inputs of the meter active power 2, n batteries of cosine capacitors 4, each of which includes m cosine capacitors 5, the first terminals of which are combined and connected to a common bus, n blocks of contactors 6, each of which includes m contactors 7, the first power terminals of which are connected to the second terminals corresponding cosine capacitors 5 of n batteries of cosine capacitors 4, the second power terminals of which are combined, and the control inputs of which are connected to the corresponding control outputs of the reactive power controller 1, in addition tion comprises: n battery cosine trimming capacitors 11 each of which includes k cosine trimmer capacitor 12, whose first terminals are coupled and connected to a common bus; n switch blocks 13, each of which includes k switches 14, the first power terminals of which are connected to the second terminals of the corresponding tuning cosine capacitors 12 of n batteries of the tuning cosine capacitors 11, the second power terminals of which are connected to the combined second power terminals of the contactors 7 from the corresponding n block contactors 6; a controller 10, the information outputs of which are connected to the information inputs of the reactive power controller 1, the control input to the control output of the reactive power controller 1, and the control outputs to the control inputs of the switches 14 of the corresponding n block of switches 13; n analyzers 9 of the harmonic composition of the signal, the first inputs of which are connected to the corresponding terminals of the secondary winding of the voltage transformer 3, the second inputs to the combined second power terminals of the contactors 7 of the corresponding n block of contactors 6, and the outputs to the corresponding inputs of the controller 10; step-down transformer 8, the terminals of the primary winding of which are connected to the corresponding linear wires of the n-phase high-voltage network, and the corresponding terminals of the secondary winding are connected to the common bus and the combined second power terminals of the contactors 7 of the corresponding n block of contactors 6; the total capacitance CΣbp in each of n batteries of tuning capacitors 11 is selected from the relation CΣbp = Ck, where Ck is the capacity of a single capacitor in each of n batteries of cosine capacitors 4, where n, m, k> / = 1.

При этом «n» определяется фактическим значением числа фаз питающей сети, в составе которой используется данное устройство и не может быть меньше единицы. Наиболее вероятные значения «n» от 1 до 3-х, но может быть и значительно больше для многофазных промышленных нагрузок. Конкретные значения «m» и «k» определяются, прежде всего, требуемой точностью компенсации реактивной мощности и могут принимать целые значения большие или равные единице 1: m>/=, k>/=1.In this case, “n” is determined by the actual value of the number of phases of the supply network, in which this device is used and cannot be less than one. The most probable values of “n” are from 1 to 3, but can be significantly larger for multiphase industrial loads. The specific values of "m" and "k" are determined, first of all, by the required accuracy of reactive power compensation and can take integer values greater than or equal to unity 1: m> / =, k> / = 1.

Увеличение надежности функционирования устройства централизованной компенсации реактивной мощности в n-фазной высоковольтной сети происходит за счет исключения перегрузок косинусных кондесаторов, вследствие снижения их рабочего напряжения, а также отстройкой от паразитных резонансов за счет функционирования дополнительного контура автоматического регулирования, включающего анализаторы гармонического состава сигнала, контроллер и батареи подстроечных конденсаторов.The increase in the reliability of the centralized reactive power compensation device in the n-phase high-voltage network occurs due to the elimination of overloads of cosine capacitors due to a decrease in their operating voltage, as well as detuning from spurious resonances due to the functioning of an additional automatic control loop, including harmonic signal analyzers, a controller, and tuning capacitor batteries.

Качество тока в сети устройства улучшается вследствие исключения дуговых разрядов за счет снижения напряжения на силовых контактах устройства в момент срабатывания контакторов, а также исключения управляемого магнитного реактора, являющегося источником высших гармоник.The quality of the current in the device’s network is improved due to the exclusion of arc discharges by reducing the voltage at the power contacts of the device at the moment the contactors are triggered, as well as the elimination of a controlled magnetic reactor, which is the source of higher harmonics.

Повышение быстродействия устройства происходит за счет снижения рабочего напряжения исполнительных устройств контура автоматического регулирования (контакторов, коммутаторов, обеспечивающих автоматическую коммутацию косинусных конденсаторов, которые могут быть реализованы, например, на базе быстродействующих полупроводниковых ключей) и исключения инерционного контура регулирования выполненного с использованием управляемого магнитного реактора.Improving the speed of the device is due to a decrease in the operating voltage of the actuators of the automatic control loop (contactors, switches that provide automatic switching of cosine capacitors, which can be implemented, for example, on the basis of high-speed semiconductor switches) and the inertial control loop made using a controlled magnetic reactor is eliminated.

В предложенном устройстве в отличие от устройства, использованного в качестве прототипа, могут быть использованы современные малогабаритные низковольтные косинусные конденсаторы, имеющие преимущественно металлопленочную структуру обкладок - напыление слоя металлизации толщиной около десяти нанометров, на одну из сторон полимерной пленки или двойное - двухсторонняя металлизация конденсаторной бумаги, с последующей пропиткой минеральным маслом и прокладкой из полимерной пленки. Подобное исполнение диэлектрической системы позволяет уменьшить габариты, вес косинусного конденсатора и добиться эффекта самовосстановления его работоспособности при локальных пробоях диэлектрика. В связи со значительным уменьшением габаритов косинусных конденсаторов может быть увеличено их количество в батареях для обеспечения требуемой точности компенсации реактивной мощности.In the proposed device, unlike the device used as a prototype, modern small-sized low-voltage cosine capacitors can be used, which have a predominantly metal-film structure of the plates - spraying a metallization layer with a thickness of about ten nanometers, on one side of a polymer film or double - double-sided metallization of capacitor paper, followed by impregnation with mineral oil and a strip of polymer film. Such a design of the dielectric system allows to reduce the size, weight of the cosine capacitor and to achieve the effect of self-healing of its performance in local breakdowns of the dielectric. Due to a significant reduction in the dimensions of cosine capacitors, their number in batteries can be increased to ensure the required accuracy of reactive power compensation.

Таким образом, в случае замены высоковольтных косинусных конденсаторов на малогабаритные низковольтные (что обусловлено изменением схемы их подключения), а также за счет исключение из контура регулирования управляемого магнитного реактора происходит снижение габаритов и стоимости устройства.Thus, in the case of replacing high-voltage cosine capacitors with small-sized low-voltage capacitors (due to a change in their connection scheme), and also due to the exclusion of a controlled magnetic reactor from the control loop, the size and cost of the device are reduced.

В предложенном устройстве для коммутации косинусных конденсаторов могут быть использованы надежные низковольтные быстродействующие малогабаритные контакторы как механические, так и выполненные на полупроводниковых элементах, а коммутация подстроечных косинусных конденсаторов, емкость которых на порядок меньше емкости косинусных конденсаторов, может осуществляться полупроводниковыми ключами.In the proposed device for switching cosine capacitors, reliable low-voltage high-speed small-sized contactors can be used both mechanical and made on semiconductor elements, and the tuning of cosine capacitors, the capacitance of which is an order of magnitude smaller than the capacity of cosine capacitors, can be carried out with semiconductor switches.

Анализаторы гармонического состава сигнала могут быть выполнены в виде гребенок полосовых фильтров, частоты настроек каждой из которых сосредоточены в районе частот 3-й - 7-й гармоник.Analyzers of the harmonic composition of the signal can be made in the form of comb-band filters, the tuning frequencies of each of which are concentrated in the frequency region of the 3rd - 7th harmonics.

Контроллер и регулятор реактивной мощности могут быть выполнены на базе современных программирумых процессоров. Измеритель реактивной мощности может быть выполнен на базе серийно выпускаемых устройств, например, электросчетчиков, обеспечивающих измерение cos ϕ.The controller and reactive power controller can be made on the basis of modern programmable processors. The reactive power meter can be made on the basis of commercially available devices, for example, electric meters, providing the measurement of cos ϕ.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема заявленного устройства в частном случае его выполнения: для n (число фаз в сети)=3. «А», «В», «С» - обозначения проводов соответствующих фаз 3-х фазной сети. Одинарные линии обозначают электрическую связь, а двойные (шины) - многоканальную связь (аналог - одножильные и многожильные провода).The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of the claimed device in the particular case of its implementation: for n (number of phases in the network) = 3. “A”, “B”, “C” are the designations of the wires of the corresponding phases of a 3-phase network. Single lines indicate electrical communication, and double (buses) indicate multichannel communication (analogue is single-core and multicore wires).

Связи, указанные между отдельными частями устройства, изображенными в виде функциональных блоков, в общем случае являются многоканальными для обеспечения отраженного в формуле и описании изобретения алгоритма функционирования устройства. Питание функциональных блоков может осуществляться от внешнего источника бесперебойного питания, который на чертеже не показан.The relationships indicated between the individual parts of the device, depicted in the form of functional blocks, in the General case are multi-channel to provide reflected in the formula and description of the invention, the algorithm of the device. The power of the functional blocks can be carried out from an external uninterruptible power supply, which is not shown in the drawing.

Устройство централизованной компенсации реактивной мощности в 3-х фазной высоковольтной сети содержит регулятор реактивной мощности 1, измеритель реактивной мощности 2, трансформатор напряжения 3, три батареи косинусных конденсаторов 4, каждая из которых включает три косинусных конденсатора 5, три блока контакторов 6, каждый из которых включает три контактора 7, понижающий трансформатор 8, три анализатора 9 гармонического состава сигнала, контроллер 10, три батареи подстроечных косинусных конденсаторов 11, каждая из которых включает три подстроечных косинусных конденсатора 12, три блока коммутаторов 13, каждый из которых включает три коммутатора 14.The device for centralized compensation of reactive power in a 3-phase high-voltage network contains a reactive power regulator 1, a reactive power meter 2, a voltage transformer 3, three batteries of cosine capacitors 4, each of which includes three cosine capacitors 5, three contactor blocks 6, each of which includes three contactors 7, a step-down transformer 8, three analyzers 9 of the harmonic signal composition, a controller 10, three batteries of tuning cosine capacitors 11, each of which includes three subs three-way cosine capacitor 12, three blocks of switches 13, each of which includes three switches 14.

Устройство централизованной компенсации реактивной мощности в 3-х фазной высоковольтной сети работает следующим образом.A device for centralized compensation of reactive power in a 3-phase high-voltage network operates as follows.

При изменении нагрузки в сети и связанных с этим изменениями характера и уровня реактивной мощности по сигналу с измерителя реактивной мощности 2 регулятором реактивной мощности 1 формируются соответствующие управляющие команды, поступающие на контакторы 7 блоков контакторов 6, в соответствии с которыми (управляющими командами) к совокупности контакторов 7 подключается соответствующая совокупность косинусных конденсаторов 5 из батарей косинусных конденсаторов 4. Суммарное реактивное сопротивление подключенных к соответствующей вторичной обмотке трансформатора 3 косинусных конденсаторов 5 по каждой из фаз трансформируется понижающим трансформатором 8 в высоковольтную сеть, обеспечивая необходимую компенсацию реактивной мощности. При этом, как по причине изменения характера нагрузки у потребителей, так и при изменении суммарной емкости косинусных конденсаторов 5, подключенных к соответствующим обмоткам понижающего трансформатора 8 и образующих с ними последовательный контур, может возникнуть резонанс напряжений. В связи с тем, что активные потери в указанном последовательном контуре незначительны и его добротность Q≥10, это может привести к резкому возрастанию напряжения на косинусных конденсаторах 5 и выходу их из строя. Для исключения последовательного резонанса и перегрузки косинусных конденсаторов 5, анализаторами 9 производится постоянный анализ гармонического состава сигнала на совокупности косинусных конденсаторов 5, подключенных к соответствующим обмоткам понижающего трансформатора 8. По результатам анализа определяется частота паразитного резонанса и его мощность. Контроллером 10 производится оценка поступающего с анализаторов 9 сигнала и при выявлении по результатам этой оценки необходимости отстройки от частоты паразитного резонанса формируется с учетом информации, получаемой с регулятора 1 о суммарной емкости косинусных конденсаторов 5, подключенных к каждой из фаз, управляющая команда, поступающая на коммутаторы 14 соответствующих блоков коммутаторов 13 для подключения к уже подключенным соответствующим косинусным конденсаторам 5 соответствующей совокупности подстроечных косинусных конденсаторов 12 блоков подстроечных косинусных конденсаторов 11.When the load in the network and the changes in the nature and level of reactive power associated with this change, the corresponding control commands are generated by the reactive power regulator 1 from the reactive power meter 2 and sent to the contactors 7 of the contactor blocks 6, in accordance with which (control commands) to the set of contactors 7, the corresponding set of cosine capacitors 5 is connected from the batteries of cosine capacitors 4. The total reactance connected to the corresponding secondary The primary winding of the transformer 3 of cosine capacitors 5 for each of the phases is transformed by a step-down transformer 8 into a high-voltage network, providing the necessary compensation for reactive power. In this case, both due to a change in the nature of the load among consumers, and when the total capacitance of the cosine capacitors 5 connected to the corresponding windings of the step-down transformer 8 and forms a series circuit with them changes, a voltage resonance can occur. Due to the fact that the active losses in the indicated series circuit are insignificant and its Q factor is Q≥10, this can lead to a sharp increase in the voltage on the cosine capacitors 5 and their failure. To exclude serial resonance and overload of cosine capacitors 5, analyzers 9 constantly analyze the harmonic composition of the signal on a set of cosine capacitors 5 connected to the corresponding windings of step-down transformer 8. Based on the analysis results, the frequency of spurious resonance and its power are determined. The controller 10 evaluates the signal received from the analyzers 9 and, if the results of this assessment are used to determine the need for tuning from the frequency of the spurious resonance, it is formed taking into account the information received from controller 1 about the total capacitance of the cosine capacitors 5 connected to each phase, the control command received at the switches 14 corresponding switch blocks 13 for connecting to the corresponding connected cosine capacitors 5 of the corresponding set of tuning cosine condensers Ators 12 blocks of tuning cosine capacitors 11.

С информационных выходов контроллера 10 на соответствующие информационные входы регулятора 1 передается информация о завершении процесса отстройки последовательного контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора 8 и соответствующей совокупностью косинусных конденсаторов 5, от паразитного резонанса и информация о величине суммарной емкости подстроечных косинусных конденсаторов 12, использованных для этой цели по каждой из фаз.From the information outputs of the controller 10 to the corresponding information inputs of the controller 1, information is transmitted on the completion of the detuning process of the series circuit formed by the secondary winding of the transformer 8 and the corresponding set of cosine capacitors 5, from stray resonance and information on the value of the total capacitance of the tuning cosine capacitors 12 used for this purpose for each of the phases.

Анализаторы 9 в простейшем виде могут быть выполнены в виде гребенки полосовых фильтров с включенными на их выходе измерителями амплитуды. Напряжение, поступающее с соответствующих вторичных обмоток трансформатора напряжения 3 на вторые входы анализаторов 9, используется для исключения (компенсации) влияния напряжения в высоковольтной сети на значение амплитуд напряжений паразитных резонансов на выходе анализаторов 9.Analyzers 9 in their simplest form can be made in the form of a comb of band-pass filters with amplitude meters included at their output. The voltage supplied from the corresponding secondary windings of the voltage transformer 3 to the second inputs of the analyzers 9 is used to exclude (compensate) the effect of voltage in the high-voltage network on the value of the voltage amplitudes of spurious resonances at the output of the analyzers 9.

Информация о последующем изменении уровня реактивной мощности в сети, требующем компенсации, поступает от измерителя реактивной мощности 2 на регулятор реактивной мощности 1, который формирует управляющие сигналы, поступающие на управляющий вход контроллера 10, которые (управляющие сигналы) обеспечивают отключение соответствующих косинусных конденсаторов 5 всех подстроечных косинусных конденсаторов 12 в фазе, требующей компенсации реактивной мощности, а также последующее бланкирование выдачи управляющих команд с контроллера 10 на коммутаторы 14 до завершения процессов коммутации контакторов 7 по команде регулятора реактивной мощности 1. При этом регулятором реактивной мощности 1 при выработке команды на подключение косинусных конденсаторов 5 учитывается значение суммарной емкости подстроечных конденсаторов 12, отключенных контроллером 10 по управляющей команде регулятора реактивной мощности 1. Для повышения точности компенсации реактивной мощности может быть организован и иной, отличный от описанного выше, алгоритм взаимодействия между регулятором реактивной мощности 1 и контроллером 10, обеспечивающий использование свободных подстроечных косинусных конденсаторов 12 для компенсации небольших отклонений реактивной мощности.Information about the subsequent change in the reactive power level in the network, which requires compensation, comes from the reactive power meter 2 to the reactive power controller 1, which generates control signals received at the control input of the controller 10, which (control signals) ensure that the corresponding cosine 5 capacitors of all tuning cosine capacitors 12 in the phase requiring reactive power compensation, as well as the subsequent blanking of the issuance of control commands from the controller 10 to comm tators 14 until the completion of switching processes of the contactors 7 by the command of the reactive power regulator 1. In this case, the reactive power regulator 1, when generating the command for connecting the cosine capacitors 5, takes into account the value of the total capacitance of the tuning capacitors 12 disconnected by the controller 10 by the command of the reactive power regulator 1. To increase the accuracy of reactive power compensation can be arranged and another, different from the above, the interaction algorithm between the reactive power regulator ty 1 and a controller 10, providing the use of free tuning cosine capacitors 12 to compensate for small deviations of reactive power.

Емкость Ci подстроечных косинусных конденсаторов 12 в батареях подстроечных косинусных конденсаторов 11 может выбираться из соотношения Ci=Ci+1, или Ci=2Ci+1, где 1≤i≤k, где: i - текущее значение номера подстроенного косинусного конденсатора 12, k - число подстроечных косинусных конденсаторов 12 в батареях подстроечных косинусных конденсаторов 11.The capacitance Ci of the tuning cosine capacitors 12 in the batteries of the tuning cosine capacitors 11 can be selected from the relation Ci = Ci + 1, or Ci = 2Ci + 1, where 1≤i≤k, where: i is the current value of the number of the tuned cosine capacitor 12, k - the number of tuning cosine capacitors 12 in the batteries of tuning cosine capacitors 11.

Claims (1)

Устройство централизованной компенсации реактивной мощности в n-фазной высоковольтной сети, содержащее регулятор реактивной мощности 1, измеритель реактивной мощности 2, выход которого подключен к управляющему входу регулятора реактивной мощности 1, трансформатор напряжения 3, выводы первичной обмотки которого подключены к соответствующим линейным проводам n-фазной высоковольтной сети, а выводы вторичной обмотки которого подключены к общей шине и соответствующим входам измерителя реактивной мощности 2, n батарей косинусных конденсаторов 4, каждая из которых включает m косинусных конденсаторов 5, первые выводы которых объединены и подключены к общей шине, n блоков контакторов 6, каждый из которых включает m контакторов 7, первые силовые выводы которых подключены к вторым выводам соответствующих косинусных конденсаторов 5 из n батарей косинусных конденсаторов 4, вторые силовые выводы которых объединены, а управляющие входы которых подключены к соответствующим управляющим выходам регулятора реактивной мощности 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит: n батарей подстроечных косинусных конденсаторов 11, каждая из которых включает k подстроечных косинусных конденсаторов 12, первые выводы которых объединены и подключены к общей шине; n блоков коммутаторов 13, каждый из которых включает k коммутаторов 14, первые силовые выводы которых подключены ко вторым выводам соответствующих подстроечных косинусных конденсаторов 12 из n батарей подстроечных косинусных конденсаторов 11, вторые силовые выводы которых соединены с объединенными вторыми силовыми выводами контакторов 7 из соответствующего n блока контакторов 6; контроллер 10, информационные выходы которого подключены к информационным входам регулятора реактивной мощности 1, управляющий вход - к управляющему выходу регулятора реактивной мощности 1, а управляющие выходы - к управляющим входам коммутаторов 14 соответствующего n блока коммутаторов 13; n анализаторов 9 гармонического состава сигнала, первые входы которых подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора напряжений 3, вторые входы - к объединенным вторым силовым выводам контакторов 7 соответствующего n блока контакторов 6, а выходы - к соответствующим входам контроллера 10; понижающий трансформатор 8, выводы первичной обмотки которого подключены к соответствующим линейным проводам n-фазной высоковольтной сети, а соответствующие выводы вторичной обмотки - к общей шине и объединенным вторым силовым выводам контакторов 7 соответствующего n блока контакторов 6; при этом суммарную емкость СΣбп в каждой из n батарей подстроечных конденсаторов 11 выбирают из соотношения CΣбп=Ск, где Ск - емкость единичного конденсатора в каждой из n батарей косинусных конденсаторов 4, где n, m, k>/=1. A device for centralized compensation of reactive power in an n-phase high-voltage network, comprising a reactive power regulator 1, a reactive power meter 2, the output of which is connected to the control input of the reactive power regulator 1, a voltage transformer 3, the primary windings of which are connected to the corresponding linear wires of the n-phase high-voltage network, and the terminals of the secondary winding of which are connected to a common bus and to the corresponding inputs of the reactive power meter 2, n cosine batteries 4, each of which includes m cosine capacitors 5, the first terminals of which are connected and connected to a common bus, n blocks of contactors 6, each of which includes m contactors 7, the first power terminals of which are connected to the second terminals of the corresponding cosine capacitors 5 of n batteries cosine capacitors 4, the second power terminals of which are combined, and the control inputs of which are connected to the corresponding control outputs of the reactive power controller 1, characterized in that it further comprises: n batteries rack cosine capacitors 11, each of which includes k tuning cosine capacitors 12, the first conclusions of which are combined and connected to a common bus; n switch blocks 13, each of which includes k switches 14, the first power terminals of which are connected to the second terminals of the corresponding tuning cosine capacitors 12 of n batteries of the tuning cosine capacitors 11, the second power terminals of which are connected to the combined second power terminals of the contactors 7 from the corresponding n block contactors 6; a controller 10, the information outputs of which are connected to the information inputs of the reactive power controller 1, the control input to the control output of the reactive power controller 1, and the control outputs to the control inputs of the switches 14 of the corresponding n block of switches 13; n analyzers 9 of the harmonic composition of the signal, the first inputs of which are connected to the corresponding terminals of the secondary winding of the voltage transformer 3, the second inputs to the combined second power terminals of the contactors 7 of the corresponding n block of contactors 6, and the outputs to the corresponding inputs of the controller 10; step-down transformer 8, the terminals of the primary winding of which are connected to the corresponding linear wires of the n-phase high-voltage network, and the corresponding terminals of the secondary winding are connected to the common bus and the combined second power terminals of the contactors 7 of the corresponding n block of contactors 6; wherein the total capacitance CΣbp in each of the n batteries of tuning capacitors 11 is selected from the relation CΣbp = Ck, where Ck is the capacity of a single capacitor in each of the n batteries of cosine capacitors 4, where n, m, k> / = 1.