Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам регулирования напряжения в электрических распределительных сетях переменного тока. Устройство может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий, для которых характерны случайные отклонения напряжения питающей сети (например, для сети 110 кВ), вследствие частых изменений её конфигурации.The invention relates to electrical engineering and the electric power industry, in particular to voltage control devices in electrical distribution AC networks. The device can be used in power supply systems of industrial enterprises, which are characterized by random deviations of the supply voltage (for example, for a 110 kV network) due to frequent changes in its configuration.
Известна система управления режимом напряжений в распределительной электрической сети, питаемой от силового трансформатора, оснащенного регулятором напряжения под нагрузкой, содержащая первый блок управления, аналого-цифровые преобразователи, измерительные трансформаторы тока и напряжения, установленные на выходе силового трансформатора и, по меньшей мере, на части трансформаторных подстанций распределительной сети установлены автоматические компенсаторы реактивной мощности, поддерживающие напряжения на шинах трансформаторных подстанций в соответствии с заданными уставками, введен второй блок управления, связанный цифровыми каналами с первым блоком управления и, по меньшей мере, с частью автоматических компенсаторов реактивной мощности и измерительных трансформаторов (см. патент РФ №2631873, H02J 3/12).A known system for controlling the voltage mode in a distribution electric network powered by a power transformer equipped with a voltage regulator under load, comprising a first control unit, analog-to-digital converters, measuring current and voltage transformers installed at the output of the power transformer and at least in part distribution network transformer substations installed automatic reactive power compensators supporting voltage on transformer buses substations in accordance with the specified settings, introduced a second control unit connected by digital channels to the first control unit and at least part of the automatic reactive power compensators and measuring transformers (see RF patent No. 2631873, H02J 3/12).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность, так как в нем применяют электромеханическое устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), частые переключения которого снижают срок службы и надежность работы силового трансформатора. Кроме того, в указанном устройстве отсутствует возможность независимого, пофазного регулирования напряжения, что снижает его эффективность. В известной системе управления опрос показаний трансформаторов тока и напряжений осуществляется каждые 180 секунд и, в случае выхода напряжения на шинах отдельных подстанций за допустимые пределы, осуществляется изменение текущего положения автоматических компенсаторов реактивной мощности или переключение РПН. Указанная периодичность опроса существенно снижает быстродействие известной системы управления и надежность поддержания допустимого режима напряжений в распределительной сети переменного тока.A disadvantage of the known device is its low reliability, since it uses an electromechanical device for regulating voltage under load (on-load tap-changer), frequent switching of which reduces the service life and reliability of the power transformer. In addition, in the specified device there is no possibility of independent, phase-by-phase voltage regulation, which reduces its effectiveness. In the known control system, the reading of current transformers and voltages is carried out every 180 seconds and, if the voltage on the buses of individual substations exceeds the permissible limits, the current position of the automatic reactive power compensators is changed or the tap-changer is switched. The indicated frequency of the survey significantly reduces the performance of the known control system and the reliability of maintaining the permissible voltage mode in the AC distribution network.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия, содержащая энергосистему высокого напряжения, к которой через шины распределительного устройства подключены входы первого и второго выключателей, выходы последних подключены соответственно к первичным обмоткам первого и второго силовых трехобмоточных трансформаторов, при этом к одной из вторичных обмоток указанных трансформаторов подключены входы соответственно третьего и четвертого выключателей, первую и вторую шины распределительных устройств низкого напряжения, к которым подключены соответственно первые и вторые ответственные потребители, а также – первый и второй трехфазные фильтрокомпенсирующие устройства, блок управления (см. патент РФ №151864, H02J 9/06).The closest analogue to the claimed invention is a voltage control system in an alternating current distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise, comprising a high voltage power system to which the inputs of the first and second switches are connected through the busbars of the switchgear, the outputs of the latter are connected respectively to the primary windings of the first and second three-winding power transformers, while to one of the secondary windings of these transformers the inputs of the third and fourth circuit breakers, the first and second busbars of low voltage switchgears, to which the first and second responsible consumers are connected respectively, as well as the first and second three-phase filter compensating devices, the control unit (see RF patent No. 151864, H02J 9 / 06).
Недостатком известной системы управления является низкая надежность и недостаточная стабильность поддержания допустимого режима напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия, вследствие ее ограниченного диапазона регулирования напряжений.A disadvantage of the known control system is the low reliability and insufficient stability of maintaining the permissible voltage regime in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise, due to its limited voltage regulation range.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, обеспечивающего повышение надежности и стабильности поддержания напряжения распределительной сети для ответственных потребителей промышленного предприятия.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is the creation of a device that provides increased reliability and stability of maintaining the voltage of the distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise.
Технический результат, достигается благодаря применению электронного регулятора напряжения, имеющего высокую аппаратную надежность и высокое быстродействие, а также возможность независимого, пофазного регулирования напряжения в широком диапазоне. Кроме того, предложенные алгоритмы управления полупроводниковыми ключами в заявляемом устройстве позволяют ограничить токи короткого замыкания в электронном регуляторе напряжения, а также ограничить токи, потребляемые фильтрокомпенсирующими устройствами (ФКУ) в переходных процессах, что повышает аппаратную надежность устройства и в целом надежность всей системы управления.The technical result is achieved through the use of an electronic voltage regulator having high hardware reliability and high speed, as well as the possibility of independent, phase-by-phase voltage regulation in a wide range. In addition, the proposed semiconductor switch control algorithms in the claimed device allow limiting short-circuit currents in the electronic voltage regulator, as well as limiting the currents consumed by filter compensating devices (FCU) in transients, which increases the device's hardware reliability and overall reliability of the entire control system.
Поставленная задача решается тем, что система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия, содержащая энергосистему высокого напряжения, к которой через шины распределительного устройства подключены входы первого и второго выключателей, выходы последних подключены соответственно к первичным обмоткам первого и второго силовых трехобмоточных трансформаторов, при этом к одной из вторичных обмоток указанных трансформаторов подключены входы соответственно третьего и четвертого выключателей, первую и вторую шины распределительных устройств низкого напряжения, к которым подключены соответственно первые и вторые ответственные потребители, а также первый и второй трехфазные фильтрокомпенсирующие устройства, блок управления, согласно изобретению, она снабжена первым и вторым блоками регулирования трехфазного напряжения, входы которых подключены соответственно к выходам третьего и четвертого выключателей, а выходы – соответственно к первой и второй шинам распределительных устройств низкого напряжения, при этом указанные шины соединены между собой через пятый выключатель, причем каждый блок регулирования трехфазного напряжения снабжен тремя одинаковыми однофазными блоками регулирования напряжения, первый однофазный блок регулирования напряжения врезан своим входом и выходом в фазу Аа, второй – в фазу Bb, третий – в фазу Сс, при этом однофазный блок регулирования напряжения снабжен вольтодобавочным трансформатором с одной первичной обмоткой и тремя последовательно, согласно соединенными первой, второй и третьей вторичными обмотками, причем первичные обмотки однофазных блоков соединены в звезду, при этом концы первичных обмоток присоединены к нейтральной точке, а начала обмоток – к входам своих однофазных блоков регулирования, однофазный блок регулирования напряжения снабжен первым, вторым, третьим и четвертым полупроводниковыми ключами, выходы которых присоединены к выходу однофазного блока регулирования напряжения, при этом вход первого ключа подключен к началу первой вторичной обмотки, вход второго ключа подключен к точке соединения конца первой вторичной обмотки и начала второй вторичной обмотки, вход третьего ключа подключен к точке соединения конца второй вторичной обмотки, начала третьей вторичной обмотки и начала первичной обмотки, вход четвертого ключа подключен к концу третьей обмотки, входы управления четырех ключей в однофазном блоке регулирования напряжения через шины управления для первого и второго блоков регулирования трехфазного напряжения подключены соответственно к выходам первого и второго блоков формирования команд на включение/выключения ключей в блоках регулирования, первые входы указанных блоков формирования команд соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, второй вход первого блока формирования команд на включения/выключения ключей соединен с первым входом блока управления и с выходом первого датчика напряжений, вход которого подключен к вторичной обмотке первого силового трансформатора, второй вход второго блока формирования команд на включения/выключения ключей соединен со вторым входом блока управления и с выходом второго датчика напряжений, вход которого подключен к вторичной обмотке второго силового трансформатора, каждое трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство снабжено тремя одинаковыми однофазными фильтрокомпенсирующими устройствами, которые соединены в звезду, первое однофазное фильтрокомпенсирующее устройство присоединено к фазе а шинного распределительного устройства низкого напряжения, второе – к фазе b, третье – к фазе с, при этом однофазное фильтрокомпенсирующее устройство содержит две параллельно соединенные ступени, первая ступень из которых представляет собой последовательное соединение пятого полупроводникового ключа, первого реактора и первой батареи конденсаторов, вторая ступень представляет собой последовательное соединение шестого полупроводникового ключа, второго реактора и второй батареи конденсаторов, входы управления указанных ключей в однофазных фильтрокомпенсирующих устройствах через шину управления для первого и второго трехфазных фильтрокомпенсирующих устройств подключены соответственно к выходам третьего и четвертого блоков формирования команд на включения/выключения ключей, первые входы указанных блоков формирования соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления, второй вход третьего блока формирования команд на включения/выключения ключей соединен с третьим входом блока управления и с выходом третьего датчика напряжений, вход которого подключен к первой шине распределительного устройства низкого напряжения, второй вход четвертого блока формирования команд на включения/выключения ключей соединен с четвертым входом блока управления и с выходом четвертого датчика напряжений, вход которого подключен ко второй шине распределительного устройства низкого напряжения.The problem is solved in that the voltage mode control system in the alternating current distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise, comprising a high voltage power system to which the inputs of the first and second switches are connected via the busbars of the switchgear, the outputs of the latter are connected respectively to the primary windings of the first and second power three-winding transformers, while the inputs of the corresponding transformers are connected to one of the secondary windings of these transformers actually the third and fourth circuit breakers, the first and second busbars of low voltage switchgear, to which the first and second responsible consumers are connected, as well as the first and second three-phase filter compensating devices, the control unit according to the invention, it is equipped with first and second three-phase voltage control units, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the third and fourth switches, and the outputs are respectively to the first and second busbars of the switchgear st low voltage, while these buses are interconnected via a fifth switch, each three-phase voltage control unit is equipped with three identical single-phase voltage control units, the first single-phase voltage control unit is embedded with its input and output into phase Aa , the second into phase Bb , the third - a phase Cc, the single-phase voltage control unit is provided with a booster transformer with a primary winding and three sequentially coupled according to first, second and tre its secondary windings, the primary windings of single-phase blocks connected to a star, while the ends of the primary windings connected to a neutral point, and the beginning of the windings to the inputs of their single-phase control units, the single-phase voltage control unit is equipped with first, second, third and fourth semiconductor switches, outputs which are connected to the output of the single-phase voltage control unit, while the input of the first switch is connected to the beginning of the first secondary winding, the input of the second switch is connected to the connection point the end of the first secondary winding and the beginning of the second secondary winding, the input of the third key is connected to the connection point of the end of the second secondary winding, the beginning of the third secondary winding and the beginning of the primary winding, the input of the fourth key is connected to the end of the third winding, the control inputs of four keys in a single-phase voltage control unit through control buses for the first and second control units of the three-phase voltage are connected respectively to the outputs of the first and second blocks of the formation of commands for switching on / off cells whose control units, the first inputs of the specified command generation units are connected respectively to the first and second outputs of the control unit, the second input of the first key on / off command generation unit is connected to the first input of the control unit and to the output of the first voltage sensor, the input of which is connected to the secondary the winding of the first power transformer, the second input of the second unit for generating commands for turning the keys on / off is connected to the second input of the control unit and to the output of the second voltage sensor zheny, whose input is connected to the secondary winding of the second power transformer, each three-phase filter-unit is provided with three identical single-phase filter-devices are connected in a star, the first single-pole filter-device is connected to a phase of a bus distributor of low voltage devices, the second - to the phase b, the third - to phase c , while the single-phase filter compensating device contains two parallel connected stages, the first stage of which represents the serial connection of the fifth semiconductor key, the first reactor and the first capacitor bank, the second stage represents the serial connection of the sixth semiconductor key, the second reactor and the second capacitor bank, the control inputs of these keys in single-phase filter compensating devices through the control bus for the first and second three-phase filter compensating devices connected respectively to the outputs of the third and fourth blocks of the formation of teams on switching the keys on / off, the first inputs of these forming units are connected respectively to the third and fourth outputs of the control unit, the second input of the third key generating unit for turning on / off the keys is connected to the third input of the control unit and to the output of the third voltage sensor, the input of which is connected to the first bus switchgear low voltage, the second input of the fourth block of the formation of commands on / off keys connected to the fourth input of the control unit and the output even ertogo voltage sensor, the input of which is connected to the second bus switchgear low voltage devices.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
- на фиг. 1 изображена функциональная схема системы управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия;- in FIG. 1 shows a functional diagram of a voltage mode control system in an alternating current distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise;
- на фиг. 2 приведены осциллограммы фазных и линейных напряжений на шинах распределительного устройства низкого напряжения 9 и 10 (фиг. 1), поясняющие работу третьего 45 и четвертого 46 блоков формирования команд на включение полупроводниковых ключей 39 и 42 в однофазных фильтрокомпенсирующих устройствах 36, 37 и 38;- in FIG. 2 shows waveforms of phase and linear voltages on the buses of a low voltage switchgear 9 and 10 (Fig. 1), explaining the operation of the third 45 and fourth 46 blocks of the formation of commands for the inclusion of semiconductor switches 39 and 42 in single-phase filter compensating devices 36, 37 and 38;
- на фиг. 3 приведена таблица, поясняющая, как обеспечивается поддержание напряжения на шинах низкого напряжения в заданном диапазоне , за счет применения одного из наборов корректирующих воздействий;- in FIG. 3 is a table explaining how voltage is maintained. on low voltage tires in a given range due to the use of one of the sets of corrective actions;
- на фиг. 4 приведены графики , поясняющие принцип работы заявляемой системы управления режимом напряжений для ответственных потребителей промышленного предприятия;- in FIG. 4 are graphs explaining the principle of operation of the inventive voltage control system for responsible consumers of an industrial enterprise;
- на фиг. 5 приведена упрощенная схема замещения одной фазы заявляемой системы управления режимом напряжений;- in FIG. 5 shows a simplified equivalent circuit for one phase of the inventive voltage control system;
- на фиг. 6 приведены векторные диаграммы поясняющие процесс поддержания напряжения на шинах распределительного устройства низкого напряжения 9 и 10 (фиг. 1) для восьми наборов корректирующих воздействий .- in FIG. Figure 6 shows vector diagrams explaining the process of maintaining voltage. on the tires of the low voltage switchgear 9 and 10 (Fig. 1) for eight sets of corrective actions .
Заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия, (фиг. 1), содержит энергосистему высокого напряжения 1, к которой через шины распределительного устройства 2 подключены входы первого 3 и второго 4 выключателей. Выходы выключателей 3 и 4 подключены соответственно к первичным обмоткам первого 5 и второго 6 силовых трехобмоточных трансформаторов. При этом к одной из вторичных обмоток указанных трансформаторов подключены входы соответственно третьего 7 и четвертого 8 выключателей. Система управления режимом напряжений, также содержит первую 9 и вторую 10 шины распределительных устройств низкого напряжения, к которым подключены соответственно первые 11 и вторые 12 ответственные потребители, а также – первый 13 и второй 14 трехфазные фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ), блок управления 15.The inventive control system of the voltage regime in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise, (Fig. 1), contains a high voltage power system 1, to which the inputs of the first 3 and second 4 switches are connected through the buses of the switchgear 2. The outputs of switches 3 and 4 are connected respectively to the primary windings of the first 5 and second 6 power three-winding transformers. Moreover, the inputs of the third 7 and fourth 8 switches are connected to one of the secondary windings of these transformers. The voltage control system also contains the first 9 and second 10 buses of low voltage switchgears, to which the first 11 and second 12 responsible consumers are connected, as well as the first 13 and second 14 three-phase filter compensating devices (FCU), control unit 15.
Система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока (фиг. 1) дополнительно снабжена первым 16 и вторым 17 блоками регулирования трехфазного напряжения, входы которых подключены соответственно к выходам третьего 7 и четвертого 8 выключателей, а выходы – соответственно к первой 9 и второй 10 шинам распределительных устройств низкого напряжения. При этом указанные шины соединены между собой через пятый выключатель 18. Каждый блок регулирования трехфазного напряжения 16, 17 снабжен тремя одинаковыми однофазными блоками регулирования напряжения 19, 20 и 21. При этом первый однофазный блок регулирования напряжения 19 врезан своим входом и выходом в фазу Аа, второй 20 – в фазу Bb, третий 21 – в фазу Сс. При этом однофазный блок регулирования напряжения 19, 20, 21 снабжен вольтодобавочным трансформатором 22 с одной первичной обмоткой 23 и тремя последовательно, согласно соединенными первой 24, второй 25 и третьей 26 вторичными обмотками. Первичные обмотки 23 однофазных блоков 19, 20, 21 соединены в звезду, при этом концы первичных обмоток присоединены к нейтральной точке 27, а начала обмоток – к входам своих однофазных блоков регулирования. Однофазный блок регулирования напряжения снабжен первым 28, вторым 29, третьим 30 и четвертым 31 полупроводниковыми ключами, выходы которых присоединены к выходу однофазного блока регулирования напряжения. При этом вход первого ключа 28 подключен к началу первой вторичной обмотки 24. Вход второго ключа 29 подключен к точке соединения конца первой вторичной обмотки 24 и начала второй 25 вторичной обмотки. Вход третьего ключа 30 подключен к точке соединения конца второй вторичной обмотки 25, начала третьей 26 вторичной обмотки и начала первичной обмотки 23. Вход четвертого ключа 31 подключен к концу третьей обмотки 26. Входы управления четырех ключей 28, 29, 30 и 31 в однофазном блоке регулирования напряжения через шины управления для первого 16 и второго 17 блоков регулирования трехфазного напряжения подключены соответственно к выходам первого 32 и второго 33 блоков формирования команд на включения/выключения ключей в блоках регулирования. Первые входы указанных блоков формирования команд 32 и 33 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления 15. Второй вход первого блока формирования команд 32 на включения/выключения ключей соединен с первым входом блока управления 15 и с выходом первого датчика напряжений 34, вход которого подключен к вторичной обмотке первого силового трансформатора 5. Второй вход второго блока формирования команд 33 на включения/выключения ключей соединен со вторым входом блока управления 15 и с выходом второго датчика напряжений 35, вход которого подключен к вторичной обмотке второго силового трансформатора 6. Каждое трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ) 13, 14 снабжено тремя одинаковыми однофазными ФКУ 36, 37 и 38, которые соединены в звезду. Первое 36 однофазное фильтрокомпенсирующее устройство присоединено к фазе а шинного распределительного устройства низкого напряжения, второе 37 – к фазе b, третье 38 – к фазе с. При этом однофазное ФКУ содержит две параллельно соединенные ступени. Первая ступень представляет собой последовательное соединение пятого полупроводникового ключа 39, первого реактора 40 и первой батареи конденсаторов 41. Вторая ступень представляет собой последовательное соединение шестого полупроводникового ключа 42, второго реактора 43 и второй батареи конденсаторов 44. Входы управления указанных ключей 39, 42 в однофазных ФКУ через шину управления для первого 13 и второго 14 трехфазных ФКУ подключены соответственно к выходам третьего 45 и четвертого 46 блоков формирования команд на включения/выключения ключей. Первые входы указанных блоков формирования 45, 46 соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления 15. Второй вход третьего блока формирования команд 45 на включения/выключения ключей соединен с третьим входом блока управления 15 и с выходом третьего датчика напряжений 47, вход которого подключен к первой шине распределительного устройства низкого напряжения 9. Второй вход четвертого блока формирования команд 46 на включения/выключения ключей соединен с четвертым входом блока управления 15 и с выходом четвертого датчика напряжений 48, вход которого подключен ко второй шине распределительного устройства низкого напряжения 10.The voltage control system in the AC distribution network (Fig. 1) is additionally equipped with first 16 and second 17 three-phase voltage control units, the inputs of which are connected to the outputs of the third 7 and fourth 8 switches, and the outputs, respectively, to the first 9 and second 10 buses low voltage switchgears. Moreover, these buses are interconnected via the fifth switch 18. Each three-phase voltage control unit 16, 17 is equipped with three identical single-phase voltage control units 19, 20 and 21. In this case, the first single-phase voltage control unit 19 is embedded with its input and output into phase Aa , the second 20 is in the Bb phase, the third 21 is in the CC phase. In this case, the single-phase voltage control unit 19, 20, 21 is equipped with a boost-up transformer 22 with one primary winding 23 and three in series, according to the connected second 24, second 25 and third 26 secondary windings. The primary windings 23 of the single-phase units 19, 20, 21 are connected in a star, while the ends of the primary windings are connected to the neutral point 27, and the beginning of the windings are connected to the inputs of their single-phase control units. The single-phase voltage control unit is equipped with first 28, second 29, third 30 and fourth 31 semiconductor switches, the outputs of which are connected to the output of the single-phase voltage control unit. The input of the first key 28 is connected to the beginning of the first secondary winding 24. The input of the second key 29 is connected to the connection point of the end of the first secondary winding 24 and the beginning of the second 25 of the secondary winding. The input of the third key 30 is connected to the connection point of the end of the second secondary winding 25, the beginning of the third 26 of the secondary winding and the beginning of the primary winding 23. The input of the fourth key 31 is connected to the end of the third winding 26. The control inputs of the four keys 28, 29, 30 and 31 in a single-phase unit voltage regulation through the control bus for the first 16 and second 17 three-phase voltage regulation units are connected respectively to the outputs of the first 32 and second 33 units of the formation of commands for turning on / off the keys in the control units. The first inputs of the indicated command generation units 32 and 33 are connected respectively to the first and second outputs of the control unit 15. The second input of the first command generation unit 32 for turning the keys on / off is connected to the first input of the control unit 15 and to the output of the first voltage sensor 34, the input of which is connected to the secondary winding of the first power transformer 5. The second input of the second unit for generating commands 33 for turning on / off the keys is connected to the second input of the control unit 15 and to the output of the second voltage sensor 35, input which is connected to the secondary winding of the second power transformer 6. Each three-phase filter compensating device (PKU) 13, 14 is equipped with three identical single-phase PKU 36, 37 and 38, which are connected to a star. The first single-pole filter-unit 36 connected to the phase bus and the low-voltage distribution unit, the second 37 - to the phase b, third 38 - to phase. In this case, a single-phase PKU contains two parallel connected stages. The first stage is a series connection of the fifth semiconductor switch 39, the first reactor 40 and the first capacitor bank 41. The second stage is a series connection of the sixth semiconductor switch 42, the second reactor 43 and the second capacitor bank 44. The control inputs of these switches 39, 42 are in single-phase FCUs through the control bus for the first 13 and second 14 three-phase FCU are connected respectively to the outputs of the third 45 and fourth 46 blocks of the formation of commands on / off key th. The first inputs of these forming units 45, 46 are connected respectively to the third and fourth outputs of the control unit 15. The second input of the third unit for generating commands 45 for turning the keys on / off is connected to the third input of the control unit 15 and to the output of the third voltage sensor 47, the input of which is connected to the first bus of the low voltage switchgear 9. The second input of the fourth unit for generating commands 46 for turning the keys on / off is connected to the fourth input of the control unit 15 and to the output of the fourth sensor and voltage 48, the input of which is connected to the second bus switchgear low voltage 10.
В заявляемой системе управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока поддержание напряжения на шинах распределительного устройства низкого напряжения 9 и 10 (фиг. 1) в диапазоне от до осуществляют первый 16 и второй 17 блоки регулирования трехфазного напряжения, первый 13 и второй 14 трехфазные фильтрокомпенсирующие устройства.In the inventive control system of the voltage regime in the distribution AC network, voltage maintenance on the tires of the low voltage switchgear 9 and 10 (Fig. 1) in the range from before carry out the first 16 and second 17 three-phase voltage regulation units, the first 13 and second 14 three-phase filter compensating devices.
Поясним, как работают блоки регулирования трехфазного напряжения 16 и 17, включенные в рассечки фаз Aa, Bb, Cc. Let us explain how the three-phase voltage control units 16 and 17 work, included in the phase cuts Aa , Bb , Cc .
При замкнутом положении одного из ключей 28, 29, 30 или 31 фиг. 1 в рассечку указанных фаз подается соответственно одно из следующих значений добавочных напряжений , , 0, . В заявляемом устройстве принято, что напряжение увеличивает напряжение на шинах низкого напряжения 9 и 10 на , т.е. на от номинального значения. Напряжение увеличивает на , а напряжение уменьшает на .With the closed position of one of the keys 28, 29, 30 or 31 of FIG. 1, one of the following values of the additional stresses is supplied to the dissection of these phases, respectively , , 0 , . In the inventive device it is accepted that the voltage increases stress on low voltage buses 9 and 10 on , i.e. on the from the nominal value. Voltage increases on the , and the voltage reduces on the .
Поясним, как работают трехфазные фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ) 13 и 14 фиг. 1, содержащие однофазные фильтрокомпенсирующие устройства 36, 37 и 38.Let us explain how the three-phase filter compensating devices (FCU) 13 and 14 of FIG. 1 containing single-phase filter compensating devices 36, 37 and 38.
Ранее было указано, что каждое однофазное ФКУ содержит две параллельно соединенные ступени, которые в свою очередь содержат полупроводниковый ключ, реактор и батарею конденсаторов. Основное назначение указанных устройств заключается в компенсации реактивной мощности ответственных потребителей 11 и 12, и как следствие, в повышении напряжения на шинах распределительного устройства низкого напряжения 9 и 10. Отметим, что в заявляемом устройстве реактивная мощность, генерируемая каждой ступенью, выбрана таким образом, что при подключении одной ступени напряжение на шинах низкого напряжения 9 и 10 увеличивается на от номинального значения. При подключении двух ступеней – на . Полагаем, что режим работы нагрузки номинальный. Кроме того, ФКУ позволяют ослабить влияние высших гармоник на шинах низкого напряжения, например, 5-ой или 7-ой гармоник. Указанные гармоники обусловлены работой ответственных потребителей, в которых используется тиристорное регулирование напряжения.It was previously indicated that each single-phase PKU contains two parallel-connected steps, which in turn contain a semiconductor switch, a reactor and a capacitor bank. The main purpose of these devices is to compensate for the reactive power of responsible consumers 11 and 12, and as a result, to increase the voltage on the buses of the low voltage switchgear 9 and 10. Note that in the inventive device, the reactive power generated by each stage is selected so that when one stage is connected, the voltage on the low voltage buses 9 and 10 increases by from the nominal value. When connecting two steps - to . We believe that the load operation mode is nominal. In addition, PKU can reduce the influence of higher harmonics on low voltage buses, for example, the 5th or 7th harmonics. These harmonics are due to the operation of responsible consumers, which use thyristor voltage regulation.
Поясним назначение и дадим краткое описание работы первого 32 и второго 33 блоков формирования команд (фиг. 1) на включения/выключения полупроводниковых ключей 28, 29, 30 и 31 в первом 16 и втором 17 блоках регулирования трехфазного напряжения. Ранее было указано, что указанные ключи включаются в рассечки фаз Aa, Bb и Cc, при этом вначале замыкается один из указанных ключей, а затем после некоторого интервала времени размыкается другой, ранее замкнутый ключ. Описанная последовательность операций включения/выключения ключей исключает перенапряжение на размыкающем ключе, и тем самым повышает надежность работы заявляемой системы электроснабжения. Однако замкнутое состояние двух ключей в течение некоторого времени создает режим короткого замыкания для одной из вторичных обмоток 24, 25 или 26 вольтодобавочного трансформатора 22. Если при этом мгновенное значение напряжения на короткозамкнутой обмотке имеет максимальное значение, то токи через замкнутые ключи могут превысить допустимые значения. Поэтому чтобы ограничить токи короткого замыкания через ключи, блоки 32 и 33 должны определить момент времени, когда следует подавать команду на включение полупроводниковых ключей 28, 29, 30 или 31 в первом 19, втором 20 и третьем 21 однофазных блоках регулирования напряжения.Let us explain the purpose and give a brief description of the operation of the first 32 and second 33 blocks of the formation of commands (Fig. 1) to turn on / off the semiconductor switches 28, 29, 30 and 31 in the first 16 and second 17 blocks of three-phase voltage regulation. It was previously indicated that these keys are included in the cuts of the phases Aa , Bb, and Cc , with one of these keys being closed first, and then, after a certain time interval, another, previously closed key is opened. The described sequence of operations on / off of the keys eliminates overvoltage on the disconnect key, and thereby increases the reliability of the inventive power supply system. However, the closed state of the two switches for some time creates a short-circuit mode for one of the secondary windings 24, 25 or 26 of the boost transformer 22. If the instantaneous voltage value on the short-circuited winding has a maximum value, then the currents through the closed switches can exceed the permissible values. Therefore, in order to limit the short-circuit currents through the switches, blocks 32 and 33 must determine the point in time when a command to turn on the semiconductor switches 28, 29, 30 or 31 in the first 19, second 20 and third 21 single-phase voltage control units should be given.
Например, пусть в блоке 16 фиг. 1 в однофазном блоке 19 в замкнутом состоянии находится третий ключ 30, который рассечку фаз Aa соединяет накоротко, т.е. без всякого добавочного напряжения. Пусть в момент времени на первый вход первого блока формирования команд 32 с первого выхода блока управления 15 поступил сигнал включить второй ключ 29 в блоке 19. При этом на второй вход блока 32 поступает сигнал с выхода первого датчика напряжений 34. Этот сигнал содержит информацию о мгновенных значениях фазных напряжений вторичной обмотки силового трансформатора 5. В момент времени , когда мгновенное значение напряжения фазы A равно нулю блок 32 выдает команду на включение второго ключа 29. Вторичная обмотка 25 замыкается накоротко ключами 29 и 30. Продолжительность режима короткого замыкания указанной обмотки может составлять от периода сетевого напряжения, т.е. Так как мгновенное значение добавочного напряжения на обмотке 25 в момент времени также практически равно нулю , то ток короткого замыкания через ключи 29 и 30, ограничиваемый индуктивностью рассеяния указанной обмотки 25, будет незначительным.For example, let in block 16 of FIG. 1, in the single-phase unit 19, the third switch 30 is in the closed state, which connects the phase displacement Aa shortly, i.e. without any additional stress. Let at a time the first input of the first command generation block 32 from the first output of the control unit 15 received a signal to turn on the second key 29 in block 19. At the same time, the second input of block 32 receives a signal from the output of the first voltage sensor 34. This signal contains information about the instantaneous values of phase voltages secondary winding of the power transformer 5. At time when the instantaneous voltage value of phase A is zero block 32 issues a command to turn on the second key 29. The secondary winding 25 is short-circuited by the keys 29 and 30. The duration of the short circuit mode of the specified winding can be from the period of the mains voltage, i.e. Since the instantaneous value of the additional voltage on the winding 25 at a time also almost zero , then the short circuit current through the keys 29 and 30, limited by the leakage inductance of the specified winding 25, will be negligible.
Таким образом, блоки формирования команд 32 и 33 фиг. 1 на включение полупроводниковых ключей 28, 29, 30 и 31 в первом 16 и втором 17 блоках регулирования трехфазного напряжения позволяют защитить указанные ключи от перенапряжений и токов короткого замыкания, что повышает эффективность и надежность работы заявляемой системы управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия.Thus, the command generation blocks 32 and 33 of FIG. 1 to turn on the semiconductor switches 28, 29, 30 and 31 in the first 16 and second 17 three-phase voltage control units allow you to protect these keys from overvoltage and short circuit currents, which increases the efficiency and reliability of the inventive voltage control system in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise.
Поясним назначение и дадим краткое описание работы третьего 45 и четвертого 46 блоков формирования команд фиг. 1 на включение полупроводниковых ключей 39 и 42 в однофазных фильтрокомпенсирующих устройствах 36, 37 и 38.Let us explain the purpose and give a brief description of the operation of the third 45 and fourth 46 blocks of the formation of teams of FIG. 1 to turn on the semiconductor switches 39 and 42 in single-phase filter compensating devices 36, 37 and 38.
Указанные блоки формирования команд 45 и 46 предназначены ограничить зарядные токи батарей конденсаторов 41 и 44 при замыкании ключей 39 и 42 в первой и второй ступенях ФКУ 36, 37 и 38. Для этого в блоках 45 и 46 определяют моменты времени, когда необходимо подавать команды на включения ключа 39 (42) в первом 36, втором 37 и третьем 38 ФКУ.The indicated blocks for the formation of teams 45 and 46 are designed to limit the charging currents of the batteries of capacitors 41 and 44 when the keys 39 and 42 are closed in the first and second stages of the FCU 36, 37, and 38. For this, the time moments when it is necessary to send commands to turn on the key 39 (42) in the first 36, second 37 and third 38 PKU.
Например, пусть в момент времени (фиг. 2) на первый вход третьего блока формирования команд 45 (фиг. 1) с третьего выхода блока управления 15 поступил сигнал включить ключи 39 первой ступени в первом 13 ФКУ. При этом на второй в ход блока 45 поступает сигнал с выхода третьего датчика напряжений 47. Указанный сигнал содержит информацию о мгновенных фазных и линейных напряжениях шинного распределительного устройства низкого напряжения 9.For example, let at a point in time (Fig. 2), the first input of the third command generation unit 45 (Fig. 1) received a signal from the third output of the control unit 15 to turn on the keys 39 of the first stage in the first 13 PKU. At the same time, the second output of the block 45 receives a signal from the output of the third voltage sensor 47. The specified signal contains information about the instantaneous phase and linear voltages of the busbar switchgear low voltage 9.
Блок 45 после момента времени выполняет следующую последовательность операций, которые ограничивают зарядные токи батареи конденсаторов ФКУ. На первом этапе определяют момент времени фиг. 2, когда мгновенное значение одного из трех линейных напряжений , или принимает практически нулевое значение. Например, мгновенное значение линейного напряжения в момент времени (фиг. 2) меняет свой знак с плюса на минус, т.е. принимает практически нулевое значение . В указанный момент времени блок 45 выдает команду на включение ключей 39 (фиг. 1) первой ступени в первом 36 и втором 37 ФКУ, так как они подключены к линейному напряжению . Батареи конденсаторов 41 указанных устройств соединяются последовательно и через свои реакторы 40 подключаются на линейное напряжение шины низкого напряжения 9. Полагаем, что конденсаторы имеют разрядные цепи, и к моменту времени напряжения на них равны нулю. Батареи конденсаторов 41 начинают заряжаться без бросков тока, что повышает эффективность и надежность работы заявляемой системы управления режимом напряжений ответственных потребителей промышленного предприятия.Block 45 after time performs the following sequence of operations that limit the charging currents of the capacitor bank PKU. At the first stage, determine the point in time FIG. 2, when the instantaneous value of one of the three linear voltages , or takes almost zero value. For example, the instantaneous value of the line voltage at time (Fig. 2) changes its sign from plus to minus, i.e. takes almost zero value . At a specified point in time block 45 issues a command to turn on the keys 39 (Fig. 1) of the first stage in the first 36 and second 37 PKU, as they are connected to the line voltage . The capacitor banks 41 of these devices are connected in series and connected to line voltage through their reactors 40 low voltage buses 9. We believe that capacitors have bit circuits, and by the time the voltage on them is zero. The capacitor banks 41 begin to charge without inrush currents, which increases the efficiency and reliability of the inventive voltage control system of the critical consumers of an industrial enterprise.
На втором этапе, ограничения зарядных токов батареи конденсаторов ФКУ, определяют момент времени (фиг. 2), когда мгновенное значение неподключенного фазного напряжения, в нашем примере меняет свой знак с минуса на плюс, т.е. принимает практически нулевое значение . Из курса электротехники известно, что момент времени наступит через четверть периода напряжения сети после момента времени . В момент времени блок 45 выдает команду на включение ключа 39 в третьем 38 ФКУ. С момента времени все три батареи конденсаторов 41 через свои реакторы 40 и полупроводниковые ключи 39 первого 13 трехфазного ФКУ будут подключены к шине 9 низкого напряжения. Из графиков мгновенных значений фазных напряжений фиг. 2 видно, что в момент времени к конденсатору 41 фиг. 1 в третьем 38 ФКУ будет приложено нулевое значение напряжения . Следовательно, указанный конденсатор начинает заряжаться без бросков тока. При этом в батареях конденсаторов 41 в первом 36 и втором 37 ФКУ также не будет бросков тока.In the second stage, the limitation of the charging currents of the capacitor bank PKU, determine the time (Fig. 2), when the instantaneous value of the unconnected phase voltage, in our example changes its sign from minus to plus, i.e. takes almost zero value . From the course of electrical engineering it is known that a point in time come in a quarter of a period mains voltage after a point in time . At time block 45 issues a command to enable key 39 in the third 38 PKU. Since time all three capacitor banks 41 through their reactors 40 and semiconductor switches 39 of the first 13 three-phase FCU will be connected to the low voltage bus 9. From graphs of instantaneous phase voltage values FIG. 2 shows that at time to the capacitor 41 of FIG. 1 in the third 38 PKU zero voltage value will be applied . Therefore, the indicated capacitor begins to charge without inrush currents. Moreover, in the capacitor banks 41 in the first 36 and second 37 PKU there will also be no inrush current.
Аналогично вышеописанным операциям осуществляют процесс включения второй ступени первого 13 трехфазного фильтрокомпенсирующего устройства. Первая и вторая ступени второго 14 трехфазного ФКУ включаются по описанному алгоритму четвертым блоком 46 формирования команд на включение/выключения ключей 39 и 42.Similarly to the above operations, the second stage of the first 13 of the three-phase filter-compensating device is turned on. The first and second stages of the second 14 three-phase PKU are turned on according to the described algorithm by the fourth block 46 of the formation of commands to turn on / off the keys 39 and 42.
Таким образом, блоки формирования команд 45 и 46 на включение ключей 39 и 42 в однофазных ФКУ 36, 37 и 38 позволяют ограничить зарядные токи батареи конденсаторов 41 и 44, что повышает эффективность и надежность работы заявляемой системы управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия.Thus, the blocks of the formation of teams 45 and 46 to turn on the keys 39 and 42 in single-phase PKU 36, 37 and 38 allow you to limit the charging currents of the battery of capacitors 41 and 44, which increases the efficiency and reliability of the inventive control system of the voltage mode in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise.
Дадим разъяснения к таблице (см. фиг. 3), которая показывает, каким образом обеспечивается поддержание напряжения на шинах низкого напряжения в заданном диапазоне , за счет применения одного из наборов корректирующих воздействий. Термин «корректирующее воздействие» означает, что включена/отключена одна или две ступени ФКУ, создано/не создано добавочное напряжение , , . Ранее было отмечено, что подключение одной ступени ФКУ способствует увеличению напряжения на +0,02U нн ном, при подключении двух ступеней ФКУ – на +0,04U нн ном. Создание одного добавочного напряжения способствует увеличению напряжения на +0,02U нн ном, создание двух добавочных напряжений – на +0,04U нн ном. Создание третьего добавочного напряжения уменьшает напряжение на 0,06U нн ном. В таблице на фиг. 3 включенное состояние корректирующих воздействий отображается цифрой «1», а отключенное – цифрой «0». Первый столбец таблицы указывает номер набора корректирующих воздействий . С учетом изложенного, включенные корректирующие воздействия как бы формируют фиктивное корректирующее напряжение (фиг. 3), которое измерить не возможно, но оно обеспечивает поддержание напряжения на шинах низкого напряжения в ранее указанном диапазоне. Let us explain the table (see Fig. 3), which shows how the voltage is maintained. 
Переход от одного номера набора корректирующих воздействий к предыдущему или последующему сопровождается включением или отключением одного из корректирующих воздействий. Исключение составляет переход от к и наоборот. При этом каждый из семи переходов приводит к увеличению или уменьшению корректирующего напряжения на и обеспечивает выполнение условия для всех восьми наборов корректирующих воздействий. The transition from one number of the set of corrective actions to the previous or next is accompanied by the inclusion or deactivation of one of the corrective actions. The exception is the transition from to and vice versa. In addition, each of the seven transitions leads to an increase or decrease in the correction voltage on the and ensures the fulfillment of the condition for all eight sets of corrective actions.
Обратим внимание на пятый набор корректирующих воздействий (фиг. 3), который характеризуется тем, что в нем отключены все ступени ФКУ, а вольтодобавочный трансформатор не создает добавочного напряжения . Указанный набор применяется в случае, когда напряжение приблизительно равно номинальному значению.Let's pay attention to the fifth set of corrective actions. (Fig. 3), which is characterized by the fact that all the PKU stages are disconnected in it, and the boost booster transformer does not create additional voltage . Specified set applies when voltage approximately equal to the nominal value.
Отличительной особенностью обладает шестой набор корректирующих воздействий (фиг. 3), в котором включены первая и вторая ступени ФКУ, а также создано добавочное напряжение за счет третьей обмотки 26 вольтодобавочного трансформатора 22 (фиг. 1). Указанные ступени ФКУ увеличивают напряжение на , а добавочное напряжение снижает его на . В результате совместных действий указанных корректирующих воздействий напряжение на шинах 9 (10) снижается на . Такая необходимость возникает, когда под действием происходит увеличение напряжения настолько, что последнее достигает верхней допустимой границы (фиг. 4), и происходит смена пятого на шестой набор корректирующих воздействий.A distinctive feature is the sixth set of corrective actions. (Fig. 3), in which the first and second stages of the PKU are included, and additional voltage is also created due to the third winding 26 of the boost transformer 22 (Fig. 1). These PKU steps increase voltage on the , and additional voltage reduces it by . As a result of the combined actions of these corrective actions voltage on tires 9 (10) decreases by . Such a need arises when under the influence of voltage increase occurs so much so that the latter reaches the upper limit (Fig. 4), and the fifth on the sixth set of corrective actions.
На фиг. 4 приведены графики , поясняющие принцип работы заявляемой системы управления режимом напряжений. Здесь по горизонтальной оси отложены в относительных единицах значения напряжения на шинах распределительного устройства 2 (фиг. 1) высокого напряжения. В заявляемой системе управления напряжение является основным возмущающим воздействием, которое вызывает изменение напряжения на шинах 9, 10 низкого напряжения. Верхняя граница отклонения напряжения на шинах высокого напряжения составляет 1,08 от номинального значения , т.е. , а нижняя граница отклонения напряжения составляет . Указанные границы отклонения напряжений имеют место для отдельных промышленных предприятий, на которых конфигурация высоковольтной питающей сети часто изменяется. In FIG. 4 are graphs explaining the principle of operation of the inventive voltage control system. Here, on the horizontal axis, voltage values are plotted in relative units on the tires of the switchgear 2 (Fig. 1) high voltage. In the inventive control system voltage is the main disturbing effect that causes a voltage change on tires 9, 10 low voltage. The upper limit of the voltage deviation on the high voltage tires is 1.08 of the nominal value , i.e. and the lower limit of the voltage deviation is . The indicated limits of voltage deviation occur for individual industrial enterprises, in which the configuration of the high-voltage supply network often changes.
По вертикальной оси на фиг. 4 отложены в относительных единицах значения напряжения на шинах распределительного устройства 9 (10) низкого напряжения. Кроме того, по вертикальной оси отложены отклонения напряжения от номинального напряжения . The vertical axis in FIG. 4 are plotted in relative units of voltage on the tires of the switchgear 9 (10) low voltage. In addition, voltage deviations are plotted along the vertical axis. from rated voltage .
На фиг. 4 для восьми наборов корректирующих воздействий показано восемь рабочих участков графика зависимости . Нижней границе отклонения напряжения всех рабочих участков графика соответствует напряжение , а верхней границе соответствует . На фиг. 4 показано, что при достижении отклонения напряжения граничных значений происходит переход с текущего рабочего участка графика на последующий или предыдущий рабочий участок графика. Описание процесса поддержания напряжения на шинах низкого напряжения 9 и 10 в диапазоне для восьми рабочих участков графика (фиг. 4) будет дано ниже.In FIG. 4 for eight sets of corrective actions eight work sites shown dependency graphics . Lower limit voltage deviation all working sections of the graph correspond to voltage , and the upper boundary corresponds . In FIG. 4 shows that when the voltage deviation reaches the boundary values there is a transition from the current working area of the schedule to the next or previous working area of the schedule. Description of the voltage maintenance process on low voltage buses 9 and 10 in the range for eight working sections of the graph (Fig. 4) will be given below.
На фиг. 5 приведена упрощенная схема замещения одной фазы заявляемой системы управления режимом напряжений для ответственных потребителей промышленного предприятия. На схеме приведены следующие обозначения: – приведенное напряжение на первичной обмотке силового трансформатора 5 (6) (фиг. 1); – падение напряжения на внутреннем сопротивлении силовом трансформаторе; – добавочное напряжение, создаваемое блоком регулирования 16 (17); – напряжение на шинах распределительного устройства низкого напряжения 9 (10); – суммарный ток потребителей на шинах 9 (10); – ток фильтрокомпенсирующего устройства 13 (14).In FIG. 5 shows a simplified equivalent circuit for one phase of the claimed voltage control system for responsible consumers of an industrial enterprise. The following notation is shown in the diagram: - reduced voltage on the primary winding of the power transformer 5 (6) (Fig. 1); - voltage drop on the internal resistance of the power transformer; - additional voltage created by the control unit 16 (17); - voltage on the tires of the low voltage switchgear 9 (10); - total current of consumers on tires 9 (10); - current filtering device 13 (14).
На фиг. 6 приведены векторные диаграммы поясняющие процесс поддержания напряжения на шинах распределительного устройства низкого напряжения 9 и 10 (фиг. 1) для восьми наборов корректирующих воздействий (фиг. 3). Так как модули векторов и (фиг. 5) составляют несколько процентов от модуля вектора на фиг. 6б, 6в, …, 6к, для наглядности показаны фрагменты векторных диаграмм в увеличенном масштабе.In FIG. Figure 6 shows vector diagrams explaining the process of maintaining voltage. on the tires of the low voltage switchgear 9 and 10 (Fig. 1) for eight sets of corrective actions (Fig. 3). Since the modules of vectors and (Fig. 5) make up a few percent of the vector module in FIG. 6b, 6in, ..., 6to, for clarity, fragments of vector diagrams are shown on an enlarged scale.
При этом четыре фрагмента векторных диаграмм на фиг. 6, обозначенные буквами б, в, г, д поясняют каким образом поддерживается напряжение для четырех наборов корректирующих воздействий . Шесть фрагментов векторных диаграмм, обозначенные буквами а, е, ж, з, и, к (фиг. 6) поясняют, каким образом поддерживается напряжение для пяти наборов корректирующих воздействий .In this case, four fragments of vector diagrams in FIG. 6, indicated by the letters b , c , d , e explain how the voltage is maintained for four sets of corrective actions . Six fragments of vector diagrams indicated by the letters a , e , g , z , and , k (Fig. 6) explain how the voltage is maintained for five sets of corrective actions .
На фиг. 6,а приведена векторная диаграмма напряжений и токов для схемы, изображенной на фиг. 5. Из курса электротехники известно, что для напряжений, указанных на фиг. 5 можно записать следующее уравнение в векторной форме In FIG. 6a is a vector diagram of voltages and currents for the circuit shown in FIG. 5. From the course of electrical engineering it is known that for the voltages indicated in FIG. 5, we can write the following equation in vector form
. .
Отметим, что на векторной диаграмме (фиг. 6,а), согласно законам электротехники, направление вектора - падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора 5 (6) (фиг. 1) перпендикулярно вектору тока , протекающему через него. При этом подключение одной или двух ступеней ФКУ изменяет модуль и угловое положение указанных векторов и относительно вектора . Направление вектора - добавочное напряжение, создаваемое блоком регулирования 16 (17) на фиг. 6,б, фиг. 6,в, фиг. 6,г совпадает с направлением вектора , а на фиг. 6,и, фиг. 6,к направление вектора противоположно направлению вектора . Обусловлено это тем, какая из вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора 22 (фиг. 1) включена для рассматриваемого набора корректирующих воздействий (фиг. 3).Note that in the vector diagram (Fig. 6,a), according to the laws of electrical engineering, the direction of the vector - voltage drop on the internal resistance of the transformer 5 (6) (Fig. 1) perpendicular to the current vector , flowing through it. In this case, the connection of one or two stages of the PKU changes the module and the angular position of these vectors and relative to the vector. Vector direction - the additional voltage generated by the control unit 16 (17) in FIG. 6bFIG. 6inFIG. 6g coincides with the direction of the vector, and in FIG. 6andFIG. 6to vector direction opposite to the direction of the vector. This is due to which of the secondary windings of the boost transformer 22 (Fig. 1) is included for the considered set of corrective actions (Fig. 3).
На векторной диаграмме фиг. 6,а в качестве примера принято, что напряжение на шинах высокого напряжения 2 (фиг. 1) равно , при этом напряжение на шинах низкого напряжения 9 (10) равно . На фиг. 6,е в увеличенном масштабе показан фрагмент описанной векторной диаграммы. При этом на фиг. 4 рассмотренному примеру соответствует точка , расположенная на пятом рабочем участке графика зависимости , которому соответствует пятый набор корректирующих воздействий (фиг. 3). In the vector diagram of FIG. 6, and as an example, it is assumed that the voltage on the high voltage tires 2 (Fig. 1) is equal to while the voltage on the low voltage bus 9 (10) is equal to . In FIG. 6e shows, on an enlarged scale, a fragment of the described vector diagram. Moreover, in FIG. 4 the considered example corresponds to a point located on the fifth working plot of the dependency graph corresponding to the fifth set of corrective actions (Fig. 3).
На фиг. 6,а показан вектор тока фильтрокомпенсирующего устройства 13 (14) для двух режимов его работы. Первый режим, когда включена одна ступень ФКУ – ток , в таблице на фиг. 3 этому соответствует набор , второй режим, когда включены две ступени ФКУ – ток , в таблице на фиг. 3 этому соответствует набор . Указанные ступени ФКУ, как ранее отмечалось, осуществляют компенсации реактивной мощности ответственных потребителей 11 и 12. За счет чего суммарный ток и (фиг. 6,а) потребителей на шинах 9 (10) уменьшается по модулю. Кроме того уменьшается сдвиг по фазе между суммарным током и напряжением на шинах низкого напряжения, что способствует увеличению коэффициента мощности в точке подключения ФКУ. На векторной диаграмме фиг. 6,а видно, что с учетом вышеизложенного изменяется модуль и направление вектора .In FIG. 6a shows a current vector filter compensating device 13 (14) for two modes of its operation. The first mode, when one stage of the PKU is turned on - current in the table of FIG. 3 this corresponds to a set , the second mode, when two stages of PKU are turned on - current in the table of FIG. 3 this corresponds to a set . The indicated PKU stages, as previously noted, carry out reactive power compensation of responsible consumers 11 and 12. Due to which the total current and (Fig. 6, a) consumers on tires 9 (10) is reduced modulo. In addition, the phase shift between the total current decreases and tension on low voltage buses, which helps to increase the power factor at the connection point of the FCS. In the vector diagram of FIG. 6, and it is seen that in view of the foregoing changes the magnitude and direction of the vector .
Описанным двум режимам работы ФКУ соответствуют две векторные диаграммы, изображенные на фиг. 6,ж и на фиг. 6,з. На фиг. 6,ж напряжение на шинах высокого напряжения 2 (фиг. 1) равно , т.е. снижено относительно номинального на , а на шинах низкого напряжения 9 (10) равно , что соответствует допустимому отклонению. На фиг. 4 рассмотренному режиму соответствует точка , расположенная на четвертом рабочем участке () графика зависимости . На фиг. 6,з напряжение на шинах высокого напряжения 2 равно , т.е. снижено относительно номинального на , а на шинах низкого напряжения 9 (10) составляет . На фиг. 4 рассмотренному режиму соответствует точка , расположенная на третьем рабочем участке графика зависимости .The two PKU operation modes described correspond to two vector diagrams depicted in FIG. 6g and FIG. 6, c . In FIG. 6, rail voltage at the high voltage tire 2 (FIG. 1) is , i.e. reduced relative to nominal on the , and on the low voltage bus 9 (10) is equal to , which corresponds to the permissible deviation. In FIG. 4 considered mode corresponds to a point located on the fourth working site ( ) dependency graph . In FIG. 6, of the voltage on the high voltage tire 2 is , i.e. reduced relative to nominal on the and on low voltage tires 9 (10) is . In FIG. 4 considered mode corresponds to a point located on the third work site dependency graphics .
На фиг. 6,и и фиг. 6,к напряжение на шинах высокого напряжения 2 снижено относительного номинального соответственно на и на , при этом напряжение на шинах низкого напряжения 9 (10) равно . На фиг. 4 рассмотренным режимам соответствуют точки и , расположенные на втором () и первом () рабочих участках графика зависимости .In FIG. 6 and and Fig. 6, the voltage on high voltage tires 2 is reduced relative to the nominal respectively on and on while the voltage on the low voltage bus 9 (10) is equal to . In FIG. 4 considered modes correspond to points and located on the second ( ) and the first ( ) dependency plot work areas .
На фиг. 6,б, 6,в, 6,г, и 6,д напряжение на шинах высокого напряжения 2 увеличено относительного номинального соответственно на , , и при этом напряжение на шинах низкого напряжения 9 (10) равно , что соответствует допустимому отклонению. На фиг. 4 рассмотренным режимам соответствуют точки , , и , расположенные, соответственно, на восьмом (), седьмом (), шестом () и пятом () рабочих участках графика зависимости .In FIG. 6, b , 6, c , 6, d , and 6, d voltage on high-voltage tires 2 increased relative nominal respectively on , , and the voltage on the low voltage bus 9 (10) is equal to , which corresponds to the permissible deviation. In FIG. 4 considered modes correspond to points , , and located, respectively, on the eighth ( ), seventh ( ), sixth ( ) and fifth ( ) dependency plot work areas .
Система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока (фиг. 1) для ответственных потребителей промышленного предприятия при отклонениях напряжения на шине высокого напряжения 2 в диапазоне от до (фиг. 4) работает следующим образом.Voltage control system in an alternating current distribution network (Fig. 1) for responsible consumers of an industrial enterprise with voltage deviations on high voltage bus 2 ranging from before (Fig. 4) works as follows.
Рассмотрим конфигурацию системы управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока, в которой первый 3, второй 4, третий 7 и четвертый 8 выключатели включены, а пятый 18 отключен, т.е. первый 11 и второй 12 ответственные потребители получают питание соответственно от первого 5 и второго 6 силовых трансформаторов, и работают в номинальном режиме.Consider the configuration of the voltage control system in the AC distribution network, in which the first 3, second 4, third 7 and fourth 8 switches are turned on, and the fifth 18 is turned off, i.e. the first 11 and second 12 responsible consumers receive power from the first 5 and second 6 power transformers, respectively, and operate in nominal mode.
Выбор номера набора корректирующего воздействия (фиг. 3) осуществляется в блоке 15 (фиг. 1) по следующему правилу: текущий номер сохраняется до тех пор, пока выполняется условие ; если напряжение достигло нижней границы диапазона , то номер набора корректирующего воздействия уменьшают на единицу; при достижении напряжением верхней границы – номер набора корректирующего воздействия увеличивают на единицу.Number selection a set of corrective actions (Fig. 3) is carried out in block 15 (Fig. 1) according to the following rule: current number remains until the condition is satisfied ; if voltage reached the bottom of the range , then the number of the set of corrective actions is reduced by one; when reaching voltage upper bound - the number of the set of corrective actions is increased by one.
При запуске блока управления 15 (фиг. 1) в нем предусмотрена начальная установка набора корректирующих воздействий (фиг. 3). Если напряжение на шинах распределительного устройства 2 высокого напряжения равно номинальному значению , то в соответствии с графиком зависимости (фиг. 4) условие будет выполняться. Этому режиму соответствует точка указанного графика. При уменьшении напряжения рабочая точка на графике зависимости будет перемещаться в направлении точки , т.е. к нижней границе диапазона .When starting the control unit 15 (Fig. 1), it provides for the initial installation of a set of corrective actions (Fig. 3). If voltage on the tires of the high voltage switchgear 2 is equal to the nominal value , then according to the dependency graph (Fig. 4) condition will be executed. The dot corresponds to this mode. specified schedule. When voltage decreases working point on the dependency graph will move towards the point , i.e. to the lower end of the range .
Рассмотрим, каким образом на шинах низкого напряжения 9 (фиг. 1) осуществляется поддержание напряжения в диапазоне . Указанное напряжение , измеряемое третьим датчиком напряжения 47, подается на третий вход блока управления 15 и на второй вход третьего блока формирования команд 45. Когда рабочая точка займет положение (фиг. 4), для которого , блок управления 15 на четвертом выходе сформирует команду для первого входа третьего блока формирования команд 45. Эта команда указывает на смену набора корректирующих воздействий с на . При этом блок 45 выдает команду на включение первой ступени первому 13 ФКУ (фиг. 3). Работа блока формирования команд 45 на включения/выключения ключей ступеней ФКУ была подробно описана выше. Включение первой ступени первого 13 ФКУ вызовет увеличение напряжения , в результате чего рабочая точка на графике зависимости переместится из положения в положение , для которого равно номинальному значению.Consider how the voltage low voltage 9 (Fig. 1) is maintained voltage in the range . Indicated voltage measured by the third voltage sensor 47, is fed to the third input of the control unit 15 and to the second input of the third command generation unit 45. When the operating point takes position (Fig. 4) for which , the control unit 15 at the fourth output will generate a command for the first input of the third command generation unit 45. This command indicates a change in the set of corrective actions with on the . In this case, the unit 45 issues a command to turn on the first stage to the first 13 PKU (Fig. 3). The operation of the command generation unit 45 for switching on / off the keys of the PKU stages has been described in detail above. The inclusion of the first stage of the first 13 PKU will cause an increase in voltage resulting in a working point on the dependency graph will move from position in position , for which equal to the nominal value.
При дальнейшем снижении под действием рабочая точка займет положение (фиг. 4). Блок управления 15 сформирует новую команду для блока 45. Эта команда указывает на смену набора корректирующих воздействий с на (фиг. 3). Блок 45 выдает команду на включение второй ступени первого 13 ФКУ дополнительно к первой ступени. Это вновь вызовет увеличение напряжения , в результате рабочая точка на графике зависимости переместится из положения в положение , для которого равно номинальному значению.With further decline Under the influence the operating point will take a position (Fig. 4). The control unit 15 will generate a new command for block 45. This command indicates a change in the set of corrective actions with on the (Fig. 3). Block 45 issues a command to turn on the second stage of the first 13 PKU in addition to the first stage. This will again cause an increase in voltage. , as a result, the operating point on the dependency graph will move from position in position , for which equal to the nominal value.
На очередном шаге снижения рабочая точка займет положение (фиг. 4). Блок управления 15 на первом выходе сформирует команду для первого входа первого блока формирования команд 32 (фиг. 1). Эта команда указывает на смену набора корректирующих воздействий с на . Блок 32 выдает команду на создание 1-го добавочного напряжения (фиг. 3) первым 16 блоком регулирования трехфазного напряжения. При этом ранее включенные первая и вторая ступени первого 13 ФКУ остаются в работе. Работа блока формирования команд 32 была подробно описана выше. Добавочное напряжение вызовет увеличение напряжения , в результате чего рабочая точка на графике зависимости переместится из положения в положение , для которого равно номинальному значению.At the next step of decline the operating point will take a position (Fig. 4). The control unit 15 at the first output will generate a command for the first input of the first command generation unit 32 (Fig. 1). This command indicates a change in the set of corrective actions with on the . Block 32 issues a command to create the 1st additional voltage (Fig. 3) the first 16 three-phase voltage regulation unit. At the same time, the first and second stages of the first 13 PKUs that were previously included remain in operation. The operation of the command generation unit 32 has been described in detail above. Additional voltage will cause an increase in voltage resulting in a working point on the dependency graph will move from position in position , for which equal to the nominal value.
На последнем шаге снижения под действием рабочая точка займет положение (фиг. 4). Блок управления 15 на первом выходе сформирует команду для первого входа первого блока формирования команд 32 (фиг. 1). Эта команда указывает на смену набора корректирующих воздействий с на . Блок 32 выдает команду на создание 2-го добавочного напряжения (фиг. 3) первым 16 блоком регулирования трехфазного напряжения дополнительно к 1-му добавочному напряжению . При этом ранее включенные первая и вторая ступени первого 13 ФКУ остаются в работе. Второе добавочное напряжение вновь вызовет увеличение напряжения , в результате рабочая точка на графике зависимости переместится из положения в положение , для которого равно номинальному значению.In the last step of lowering Under the influence the operating point will take a position (Fig. 4). The control unit 15 at the first output will generate a command for the first input of the first command generation unit 32 (Fig. 1). This command indicates a change in the set of corrective actions with on the . Block 32 issues a command to create a 2nd additional voltage (Fig. 3) the first 16 three-phase voltage regulation unit in addition to the 1st additional voltage . At the same time, the first and second stages of the first 13 PKUs that were previously included remain in operation. Secondary Secondary Voltage will again cause an increase in voltage , as a result, the operating point on the dependency graph will move from position in position , for which equal to the nominal value.
По крайнему левому графику зависимости (фиг. 4) при снижении рабочая точка может перейти в положение , которому соответствует напряжение . Ранее было отмечено, что указанное напряжение соответствует нижней границе отклонений напряжения на шине высокого напряжения 2, при котором заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока сохраняет работоспособность.Leftmost dependency graph (Fig. 4) with a decrease operating point can go to which voltage corresponds to . It was previously noted that this voltage corresponds to the lower limit of voltage deviations on the high voltage bus 2, in which the inventive control system for the voltage mode in the distribution AC network remains operational.
Если теперь под действием рабочая точка напряжения из положения переместится в положение (фиг. 4), т.е. напряжение будет увеличиваться, то на первом выходе блока управления 15 сформируется команда для блока 32 (фиг. 1). Эта команда сменит набор корректирующих воздействий с на (фиг. 3). При этом 2-ое добавочное напряжение будет отключено, что вызовет уменьшение напряжения , в результате чего рабочая точка на графике зависимости переместится из положения в положение , для которого равно номинальному значению.If now under the action voltage operating point from the position will move to (Fig. 4), i.e. voltage will increase, then at the first output of the control unit 15 a command will be generated for the block 32 (Fig. 1). This command will change the set of corrective actions with on the (Fig. 3). In this case, the 2nd additional voltage will be disconnected, which will cause a decrease in voltage resulting in a working point on the dependency graph will move from position in position , for which equal to the nominal value.
При дальнейшем увеличении напряжения под действием всякий раз, когда достигает верхней границы (фиг. 4) на первом и третьем выходах блока управления 15 сформируются команды для блоков 32 и 45 (фиг. 1). Указанные команды сменят наборы корректирующих воздействий с на , затем на и затем на (фиг. 3). Это вызовет уменьшение напряжения , в результате рабочая точка на графике зависимости будет перемещаться из положения в положение , затем из положения в положение , и затем из положения в положение . Ранее было отмечено, что положению соответствует набор корректирующих воздействий .With a further increase in voltage Under the influence whenever reaches the upper limit (Fig. 4) at the first and third outputs of the control unit 15, commands for blocks 32 and 45 will be generated (Fig. 1). These commands will replace the corrective action sets with on the then on and then on (Fig. 3). This will cause a decrease in voltage. , as a result, the operating point on the dependency graph will move from position in position , then from the position in position , and then from the position in position . It was previously noted that the provision Corresponding set of corrective actions .
Если напряжения и далее будет увеличиваться под действием , рабочая точка займет положение (фиг. 4). Блок управления 15 сформирует команды для блоков 32 и 45, произойдет смена набора корректирующих воздействий с на (фиг. 3). Ранее была описана особенность смены указанных наборов. В результате напряжение уменьшится, а рабочая точка на графике зависимости переместится из положения в положение , для которого равно номинальному значению.If voltage and will continue to increase under the influence of , the operating point will take a position (Fig. 4). The control unit 15 will generate commands for blocks 32 and 45, a set of corrective actions will change from on the (Fig. 3). The feature of changing these sets has been previously described. Resulting voltage will decrease, and the operating point in the dependency graph will move from position in position , for which equal to the nominal value.
При дальнейшем увеличении напряжения , когда оно в очередной раз достигает верхней границы (фиг. 4) на третьем выходе блока управления 15 сформируются команды для блока 45 (фиг. 1). Указанные команды сменят наборы корректирующих воздействий с на , а затем на (фиг. 3). Это вызовет уменьшение напряжения , в результате чего рабочая точка на графике зависимости будет перемещаться из положения в положение , затем из положения в положение .With a further increase in voltage when it once again reaches the upper limit (Fig. 4), at the third output of the control unit 15, commands will be generated for the block 45 (Fig. 1). These commands will replace the corrective action sets with on the and then on (Fig. 3). This will cause a decrease in voltage. resulting in a working point on the dependency graph will move from position in position , then from the position in position .
По крайнему правому графику зависимости на фиг. 4 при увеличении рабочая точка может перейти в положение , которому соответствует напряжение . Ранее было отмечено, что указанное напряжение соответствует верней границе отклонений напряжения на шине высокого напряжения 2, при котором заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока сохраняет работоспособность.On the far right graph of dependency in FIG. 4 when zoomed operating point can go to which voltage corresponds to . It was previously noted that the indicated voltage corresponds to the upper limit of voltage deviations on the high voltage bus 2, in which the inventive control system for the voltage mode in the distribution AC network remains operational.
Если теперь под действием рабочая точка напряжения перемещается из положения , которое соответствует верхней границе в положение , которое соответствует нижней границе на первом и третьем выходах блока управления 15 сформируются команды для блоков 32 и 45 (фиг. 1). Указанные команды сменят наборы корректирующих воздействий с на , затем на и затем на (фиг. 3). Это вызовет увеличение напряжения , в результате рабочая точка на графике зависимости будет перемещаться из положения в положение , затем из положения в положение , и затем из положения в положение которому соответствует набор корректирующих воздействий .If now under the action voltage operating point moves from position which corresponds to the upper bound in position which corresponds to the lower boundary at the first and third outputs of the control unit 15, commands are generated for blocks 32 and 45 (Fig. 1). These commands will replace the corrective action sets with on the then on and then on (Fig. 3). This will cause an increase in voltage. , as a result, the operating point on the dependency graph will move from position in position , then from the position in position , and then from the position in position which corresponds to a set of corrective actions .
Если, при запуске блока управления 15 (фиг. 1) начальная установка набора корректирующих воздействий (фиг. 3) не обеспечивает выполнения условия , то блок управления 15 по измеренному значению напряжения и вышеописанному правилу его работы изменит номер набора корректирующих воздействий так, чтобы это условие выполнялось. При этом выбор номера набора корректирующих воздействий однозначно определяется разницей напряжений между текущим значением напряжения и его номинальным значением . Разница напряжений вычисляется по формуле . Блок управления 15 выберет один из следующих номеров корректирующих воздействий , , … , , когда будут выполняться, соответственно, следующие условия , , … , .If, when starting the control unit 15 (Fig. 1), the initial installation of a set of corrective actions (Fig. 3) does not satisfy the condition , then the control unit 15 according to the measured voltage value and the above rule of its operation will change the number of the set of corrective actions so that this condition is met. In this case, the choice of the number of the set of corrective actions is uniquely determined by the voltage difference between the current voltage value and its nominal value . The voltage difference is calculated by the formula . The control unit 15 will select one of the following corrective action numbers , , ..., when the following conditions are met, respectively , , ..., .
Аналогично будет работать заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для поддержания условия на шинах низкого напряжения 10 (фиг. 1). При этом напряжение измеряется четвертым датчиком напряжения 48. Это напряжение подается на четвертый вход блока управления 15 и на второй вход четвертого блока формирования команд 46. Указанный блок 46 работает подобно блоку 45, включая/выключая ключи первой и второй ступеней второго 14 ФКУ по команде, сформированной на четвертом выходе блока управления 15. Указанная команда поступает на первый вход блока формирования команд 46. На втором выходе блока управления 15 формируется команда, которая поступает на первый вход второго блока формирования команд 33 (фиг. 1). Указанный блок 33 работает подобно блоку 32, включая/выключая 1-ое, 2-ое и 3-е добавочные напряжения, создаваемые вторым 17 блоком регулирования трехфазного напряжения.The claimed control system of the voltage mode in the AC distribution network will work similarly to maintain the condition on low voltage tires 10 (Fig. 1). In this case, the voltage measured by the fourth voltage sensor 48. This voltage is supplied to the fourth input of the control unit 15 and to the second input of the fourth command generation unit 46. The specified unit 46 works similar to block 45, turning on / off the keys of the first and second steps of the second 14 PKU according to the command generated on the fourth the output of the control unit 15. The specified command is received at the first input of the command generation unit 46. At the second output of the control unit 15, a command is generated that is transmitted to the first input of the second command generation unit 33 (Fig. 1). The specified block 33 operates similarly to block 32, turning on / off the 1st, 2nd and 3rd additional voltages created by the second 17 block regulating three-phase voltage.
Отметим, что снижение или увеличение напряжения на шинах низкого напряжения 9 (10) может быть обусловлено не только изменением напряжения на шинах высокого напряжения 2.Note that a decrease or increase in voltage on low voltage buses 9 (10) can be caused not only by voltage changes on high voltage tires 2.
Так, например, плановый ремонт или аварийная ситуация на одном из силовых трансформаторов 5 или 6 предусматривает, что ранее разделенные шины 9 и 10 распределительного устройства низкого напряжения объединяются посредством секционного выключателя 18, при этом напряжение на объединенной шине может снизиться ниже допустимых значений . Заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока путем соответствующего выбора номера набора корректирующего воздействия обеспечит на шинах 9 и 10 (фиг. 1) поддержание напряжения в диапазоне .So, for example, a scheduled repair or emergency on one of the power transformers 5 or 6 provides that the previously separated busbars 9 and 10 of the low-voltage switchgear are connected by means of a section switch 18, while the voltage on the combined busbar may drop below acceptable values . The inventive control system of the voltage mode in the distribution AC network by appropriate selection of the number of a set of corrective actions will ensure that the tires 9 and 10 (Fig. 1) maintain voltage in the range .
В ходе выполнения технологического процесса или при кратковременном вынужденном простое может быть выведена из работы значительная часть мощных электроприемников 11 или 12, которые получали питание от одной из шин 9 или 10 распределительного устройства низкого напряжения, при этом напряжение на данной шине может стать выше допустимых значений . Заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока, путем соответствующего выбора номера набора корректирующего воздействия, обеспечит на шинах 9 и 10 (фиг. 1) поддержание напряжения в диапазоне .During the process or during short-term downtime, a significant part of powerful power receivers 11 or 12, which were powered by one of the buses 9 or 10 of the low-voltage switchgear, can be taken out of operation, while the voltage on this bus can become higher than the permissible values . The inventive control system of the voltage mode in the distribution AC network, by appropriately selecting the number of a set of corrective actions, will ensure that the tires 9 and 10 (Fig. 1) maintain voltage in the range .
Наличие на шинах 9 и 10 распределительного устройства низкого напряжения электроприемников, характеризующихся значительной несимметрией, также является возмущающим воздействием. Если при этом напряжения на отдельных фазах выходят за граничные значения, то заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока обеспечит поддержание напряжения в диапазоне на шинах низкого напряжения 9 и 10 (фиг. 1). Отметим, что при этом заявляемая система будет осуществлять раздельное регулирование напряжения по фазам, т.е. выбранные наборы корректирующих воздействий по фазам могут различаться.The presence on the buses 9 and 10 of the low voltage switchgear of electrical receivers, characterized by significant asymmetry, is also a disturbing effect. If the voltage on the individual phases go beyond the boundary values, then the claimed control system of the voltage mode in the distribution AC network will ensure that the voltage is in the range on low voltage tires 9 and 10 (Fig. 1). Note that in this case, the claimed system will carry out separate voltage regulation in phases, i.e. the selected sets of corrective actions in phases may vary.
При наложении двух возмущающих воздействий, например, несимметрии напряжения на шинах 2 высокого напряжения и режиме работы ответственных потребителей отличном от номинального, также могут наблюдаться изменения напряжений на отдельных фазах как ниже , так и выше допустимых значений.When two disturbing influences are applied, for example, the voltage asymmetry on the high-voltage busbars 2 and the operation mode of the responsible consumers is different from the nominal, changes in the voltages in individual phases can also be observed as below above allowable values.
Заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока, благодаря возможности раздельного регулирования напряжения по фазам, обеспечит поддержание напряжения в диапазоне на шинах низкого напряжения 9 и 10 (фиг. 1). При этом выбранные наборы корректирующих воздействий по фазам могут различаться.The inventive control system of the voltage mode in the distribution AC network, due to the possibility of separate voltage regulation in phases, will maintain voltage in the range on low voltage tires 9 and 10 (Fig. 1). In this case, the selected sets of corrective actions in phases can vary.
Таким образом, заявляемая система управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока обеспечивает поддержание напряжения в заданном диапазоне , независимо от того, чем вызвано изменение напряжения до его нижней или верхней границы.Thus, the inventive control system of the voltage mode in the distribution AC network provides voltage maintenance in a given range , regardless of what caused the voltage change to its lower or upper boundary.
Блок управления 15 может быть выполнен на базе программируемого контроллера.The control unit 15 may be performed on the basis of a programmable controller.
Для подтверждения вышеизложенного в программной среде Matlab Simulink было выполнено моделирование схемы замещения одной фазы заявляемой системы управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия (фиг. 5). При этом было принято, что в номинальном режиме работы падение напряжения на внутреннем сопротивлении силового трансформатора равно напряжению короткого замыкания трансформатора. Значение последнего принимается равным 10% от номинального напряжения, тогда . Усредненный коэффициент мощности всех потребителей на шинах 9 (10) при отключенных ступенях ФКУ принимается равным , что соответствует промышленному предприятию, содержащему большое количество электроприводов на основе асинхронных электродвигателей.To confirm the above, in the Matlab Simulink software environment, the equivalent circuit of one phase of the inventive voltage control system in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise was simulated (Fig. 5). Moreover, it was assumed that in the nominal mode of operation, the voltage drop across the internal resistance of the power transformer equal to the short circuit voltage of the transformer. The value of the latter is taken equal to 10% of the rated voltage, then . The average power factor of all consumers on tires 9 (10) with the PKU stages switched off is taken equal to That corresponds to an industrial enterprise containing a large number of electric drives based on asynchronous electric motors.
В качестве основного возмущающего воздействия, оказывающего влияние на напряжение на шинах 9 (10), принимаем напряжение на шинах 2 высокого напряжения. В результате моделирования установлено, что для увеличения напряжения на требуется скомпенсировать реактивной мощности потребителей за счет подключения одной ступени ФКУ. Такая необходимость возникает, когда под действием происходит снижение напряжения настолько, что последнее достигает нижней допустимой границы . После подключения одной ступени ФКУ, чему соответствует четвертый набор корректирующих воздействий (фиг. 3), напряжение на шинах 9 (10) повысится до номинального значения и будет удовлетворять условию , а усредненный коэффициент мощности всех потребителей на шинах 9 (10) с учетом подключенной ступени ФКУ составит .As the main disturbing effect that affects the voltage on tires 9 (10), take the voltage on tires 2 high voltage. As a result of modeling, it was found that to increase the voltage on the required to compensate reactive power of consumers by connecting one stage of PKU. Such a need arises when under the influence of voltage drop occurs so much so that the latter reaches the lower acceptable limit . After connecting one stage of the PKU, which corresponds to the fourth set of corrective actions (Fig. 3), the voltage on the tires 9 (10) will increase to the nominal value and will satisfy the condition , and the average power factor of all consumers on buses 9 (10), taking into account the connected stage of the FCU, will be .
Моделирование показало, что если под действием возмущающего воздействия напряжения вновь снизится и достигнет нижней допустимой границы , то для его увеличения на следует дополнительно к первой ступени подключить вторую ступень ФКУ, т.е. применить третий набор корректирующих воздействий (фиг. 3). В этом случае будет скомпенсировано реактивной мощности потребителей, напряжение на шинах 9 (10) повысится до номинального значения, а усредненный коэффициент мощности всех потребителей на шинах 9 (10) с учетом подключенных двух ступеней ФКУ составит .Modeling showed that if under the influence of a disturbing effect voltage will fall again and reach the lower acceptable limit , then to increase it by in addition to the first stage, connect the second stage of the FCU, i.e. apply the third set of corrective actions (Fig. 3). In this case, it will be compensated reactive power of consumers, the voltage on buses 9 (10) will increase to the nominal value, and the average power factor of all consumers on tires 9 (10), taking into account the connected two stages of the FCU, will be .
Компенсацию дальнейшего снижения напряжения на очередные в заявляемой системе осуществляет блок 16 (17), который создаст добавочное напряжение за счет второй обмотки 25 вольтодобавочного трансформатора 22 (фиг. 1), в результате чего напряжение на шинах 9 (10) повысится до номинального значения. В таблице на фиг. 3 этому режиму соответствует выбор . Аналогичным образом осуществляется компенсация дальнейшего снижения напряжения на очередные за счет выбора первого набора корректирующих воздействий (фиг. 3). При этом к ранее включенной второй обмотке 25 последовательно подключается первая обмотка 24 вольтодобавочного трансформатора 22 (фиг. 1), которая повысит напряжения на величину .Compensation for further voltage reduction to the next in the inventive system carries block 16 (17), which will create additional voltage due to the second winding 25 of the boost transformer 22 (Fig. 1), as a result of which the voltage on the tires 9 (10) rises to the nominal value. In the table of FIG. 3 selection corresponds to this mode . Similarly, compensation for further voltage reduction is carried out. to the next by selecting the first set of corrective actions (Fig. 3). At the same time, the first winding 24 of the boost transformer 22 (Fig. 1) is connected in series to the previously turned on second winding 25, which will increase the voltage by the amount .
Таким образом, моделирование в программной среде Matlab Simulink подтвердило, что под действием напряжения на шинах высокого напряжения 2 (фиг. 1) возможно последовательное снижение напряжения от до (фиг. 4). Для поддержания напряжения в заданном диапазоне были последовательно применены четыре набора корректирующих воздействий от до .Thus, modeling in the Matlab Simulink software environment confirmed that under the influence of voltage on high voltage tires 2 (Fig. 1), a consistent voltage reduction is possible from before (Fig. 4). To maintain tension in a given range four sets of corrective actions from before .
Также было выполнено моделирование случая, когда в результате увеличения напряжения на шинах высокого напряжения 2 (фиг. 1) наблюдается увеличение напряжения . В качестве исходного состояния принимается режим, при котором блок управления 15 сформировал команду на выбор первого набора корректирующих воздействий (фиг. 3). Всякий раз при достижении напряжением верхней допустимой границы происходит последовательное отключение одного из корректирующих воздействий в наборах от до . После последнего отключения .A simulation was also performed of the case when, as a result of an increase in voltage on high voltage tires 2 (Fig. 1) there is an increase in voltage . The initial state is the mode in which the control unit 15 has formed a command to select the first set corrective actions (Fig. 3). Whenever voltage is reached upper limit sequential shutdown of one of the corrective actions in sets from before . After the last shutdown .
Ранее отмечалось, что пятый набор корректирующих воздействий (фиг. 3), в котором отключены все корректирующие воздействия, применяется в случае, когда напряжение приблизительно равно номинальному значению .It was previously noted that the fifth set of corrective actions (Fig. 3), in which all corrective actions are disabled, is applied in the case when the voltage approximately equal to the nominal value .
Переход от пятого к шестому набору корректирующих воздействий отличается от других переходов тем, что здесь происходит одновременная смена состояний трех корректирующих воздействий: включение 1-ой и 2-ой ступеней ФКУ; создание 3-го добавочного напряжения.Transition from the fifth to the sixth the set of corrective actions differs from other transitions in that there is a simultaneous change of state of three corrective actions: the inclusion of the first and second stages of the PKU; the creation of the 3rd additional voltage.
При дальнейшем увеличении возмущающего воздействия на шинах высокого напряжения 2 (фиг. 1) из таблицы на фиг. 3 и графиков на фиг. 4 следует, что всякий раз при достижении верхней допустимой границы , блок управления 15 будет поочередно выбирать следующие номера наборов корректирующих воздействий и . Это первоначально приведет к отключению второй ступени ФКУ, а затем первой ступени ФКУ, при этом напряжение будет поддерживаться в заданном диапазоне .With a further increase in disturbance on high voltage tires 2 (FIG. 1) from the table in FIG. 3 and the graphs in FIG. 4 it follows that whenever upper limit , the control unit 15 will alternately select the following numbers of sets of corrective actions and . This will initially lead to the shutdown of the second stage of the PKU, and then the first stage of the PKU, while the voltage will be supported in a given range .
Моделирование заявляемой системы управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока для принятых параметров ее схемы замещения (фиг. 5) позволило установить значения емкостей батареи конденсаторов 41 и 44 для первой и второй ступеней ФКУ.Modeling of the inventive system for controlling the voltage regime in the alternating current distribution network for the adopted parameters of its equivalent circuit (Fig. 5) made it possible to establish the values of the capacitance of capacitor banks 41 and 44 for the first and second stages of the FCU.
Моделирование показало, что лучшими энергетическими показателями обладают следующие наборы корректирующих воздействий , , и , так как они обеспечивают высокий коэффициент мощности заявляемой системы управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока . Для наборов с номерами и этот показатель несколько ниже и составляет . Перечисленные шесть из восьми наборов корректирующих воздействий обеспечивают высокую эффективность заявляемой системы управления режимом напряжений.Modeling showed that the following sets of corrective actions have the best energy performance , , and , since they provide a high power factor of the inventive voltage control system in the AC distribution network . For sets with numbers and this figure is slightly lower and amounts to . Listed six of the eight sets of corrective actions provide high efficiency of the claimed control system voltage mode.
На основании выше изложенного следует, что в заявляемой системе управления режимом напряжений в распределительной сети переменного тока обеспечивается высокая надежность и стабильность поддержания допустимого режима напряжений для ответственных потребителей промышленного предприятия при различных возмущающих воздействиях. Так, при отклонениях напряжения на шине высокого напряжения 2 в диапазоне от до (фиг. 4) заявляемая система управления обеспечивает поддержание напряжения для ответственных потребителей 11, 12 в диапазоне от до номинального напряжения.Based on the foregoing, it follows that in the inventive control system of the voltage regime in the AC distribution network, high reliability and stability of maintaining the permissible voltage regime for responsible consumers of an industrial enterprise under various disturbing influences is provided. So, with voltage deviations on high voltage bus 2 ranging from before (Fig. 4) the inventive control system provides voltage maintenance for responsible consumers 11, 12 in the range from before rated voltage.
Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что оно позволяет независимо, пофазно регулировать напряжения. Это дает возможность поддерживать допустимый режим напряжений в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия при отклонениях фазных напряжений различной величины.A distinctive feature of the claimed device is that it allows you to independently, phase to regulate the voltage. This makes it possible to maintain an acceptable voltage mode in an alternating current distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise with phase voltage deviations of various sizes.
Применение электронных регуляторов напряжения повышает быстродействие и надежность заявляемого устройства. Предложенные алгоритмы управления полупроводниковыми ключами в блоках регулирования напряжения 16, 17 и в трехфазных ФКУ 13, 14 позволяют ограничить соответственно токи короткого замыкания и токи, потребляемые ФКУ в переходных процессах, что повышает аппаратную надежность устройства и в целом надежность всей системы управления.The use of electronic voltage regulators increases the speed and reliability of the claimed device. The proposed semiconductor switch control algorithms in voltage control units 16, 17 and in three-phase PKU 13, 14 allow limiting, respectively, short-circuit currents and currents consumed by PKU in transients, which increases the device hardware reliability and overall reliability of the entire control system.
Кроме того, заявляемое устройство обеспечивает высокий коэффициент мощности для шести из восьми наборов корректирующих воздействий, которые обеспечивают поддержание напряжения в диапазоне от до номинального напряжения в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия.In addition, the inventive device provides a high power factor for six of eight sets of corrective actions, which ensure that the voltage is in the range from before rated voltage in an alternating current distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise.
