Устройство для регулирования мощности

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ)(РЕСПУБЛИН (51)4 С 05 Р 1/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ (21) 3640488/24-07 (22) 12.09.83 (46) 23.12.85. Бюл. У 47 (72) И.А.Сумцов (53) 621.31 6.06(088,8) (56) Электрические системы./ Под ред. В.А.Веникова. M. 1972, т. 3, с. 43.

Патент ФРГ Ф 1513984, кл. 21 d ., 42/ОЗ, опублик. 1965. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ m-фазной сети переменного тока, содержащее подключенные к каждой фазе группы встречнопараллельно включенных вентилей, один из которых — диод, а другой—

ÄÄSUÄÄ 1200265 A тиристор, которые в свою очередь присоединены к аккумулирующему элементу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения экономичности, к каждой фазе сети подключены две соединенные первыми концами группы указанных диодов и тиристоров, причем каждый из них в одной группе включен встречно по отношению к такому же элементу другой группы, а вторые концы этих групп подключены параллельно аккумулирующему элементу, причем первые концы включены в рассечку фаз сети со стороны ее нейтрали,.

12002

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что количество аккумулирующих элементов равно количеству фаз сети, и параллельно каждому as них включены две пары групп из диодов и тиристоров, причем первые концы каждой пары включены в рассечку каждой фазы сети.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что аккумулирующий элемент выполнен в виде конденсатора.

4. Устройство по пп. 1 — 3, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве конденсатора использован конденсатор с аномально высокой емкостью - молекулярный конденсатор, 5. Устройство по пп. 1 — 4, о т л и ч а ю щ е. е с я тем, что в качестве конденсатора использован электролитический конденсатор.

6. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что аккумулирующий элемент выполнен в виде электромеханического энергозапасающего устройства.

7. Устройство по пп. 1, 2 и 6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что злектромеханическое энергозапасающее устройство выполнено в виде уни полярного двигателя-генератора со сверхпроводниковыми возбуждающими магнитами.

8. Устройство по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что аккумулирующий элемент выполнен в виде химической аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроэнергетических системах для компенсации реактивной мощности, повьппения пропускной способности электропередач за счет сглаживания нерегулярных колебаний перетоков пб межсистемным связям, а также для повьппения статической колебательной устойчивости энергосистем.

Цель изобретения — повышение экономичности, расширение функциональных возможностей, На фиг. 1 изображена схема устройства при включении его в рассечку каждой фазы; на фиг. 2 - диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройства для этого случая; на фиг. 3 — схема устройства для трехфазного исполнения; на фиг. 4 - диаграммы токов и напряжений, соответствующие схеме на фиг. 3.

Устройство (фиг. 1) содержит ак» кумулирующий элемент 1, подключенный к выходу постоянного напряжения диодного мостового четырехплечевого выпрямителя, образованного диодами 2 — 5.

Каждый иэ диодов 2 - 5 выпрямителя шунтирован соответсвующим включенным навстречу тиристором б — 9.

Устройство включается в рассечку од" ной фазы сети переменного тока. Если

2 в сети имеется несколько фаз, то в рассечку каждой фазы включается аналогичное устройство.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

По сетевому фазному проводу протекает переменный ток, изменяющийся по синусоидальному закону с промышленной частотой. На интервале време10 ни Т1 - T (фиг. 2) ток проходит по цепи из дйода 2, аккумулирующего элемента 1 и диода 5, при этом имеет место режим выпрямления, при котором мгновенная мощность сети передается

15 аккумулирующему элементу 1. Емкость аккумулирующего элемента 1 достаточно велика для того, чтобы напряжение на нем не менялось существенно на протяжении одного периода промышлен20 ной частоты.. В.момент времени Т подается отпирающий импульс на управляющий электрод тиристора 8, который открывается и образует теперь шунтирующую цепь для тока, который

25 замыкается по цепи из диода 2 и тиристора 8, а аккумулирующий элемент 1 оказывается выведенным из цепи, так как остальные диоды и тиристоры схемы находятся в непроводящем состоянии. На интервале Т - Т при этом обмен мощностью между сетью и аккумулирующим элементом 1 отсут3 1200265 4 ствует. В момент времени Т> подает-- чем обычные конденсато ы. Т

I аторы. ак, молещ " пульс на тиристор 7, кулярные конденсаторы с

КОТО ЫЙ ОТК

1 удельнои р " ткрывается и тем самым емкостью порядка 1 Ф/см не могут вводит в цепь фазы акк умулир ующии использоваться в известных установэлемент 1. Н

T — T

На интервале времени

5 ках компенсации так ка к не могут фазы сети прОхОдит пО работать с приемлемым КПД на частоцепи из тиристора 7 акк м у улирующе- те 50 Гц, а в предлагаемом устройстго элемента 1 и т иристора 8. При ве их применение возможно, так как этом имеет место кратковременный . напряжение на них в течение одного

Ф днии периода промышленной частоты может предлагаеза период) инвертирования, при ко- быть почти неизменным. В тором мгновенная активная мощность мом устройстве также могут быть испередается от акк м ли е у у рующ го зле» пользованы электролитические конден.мента 1, работающего в и реж ме разря-. саторы, так как полярность напряжения да к сети. В о момент времени Т4 ток 15 на них остается постоянной, а напряжение может быть близко к максимальи далее течет и и п от р Р ивОпОЛОжнои ному, что соответствует высокои обполярности. В момент и ох р ождения меннон мощности мгновенного перетока. тока через нуль тиристоры 7 и 8 В отличие от извести звестного устройст.переходят в неп ово я ее р д щ состояние. 20 ва, в котором между током и на РяжеДалее ток протекает по цели из дио- нием на зажимах существует всегда да, аккумулирующего элемента 1,, цостоянный фазовый сдвиг (при пренеи диода 3. Снова имеет место режим бРежении потерями 90 ), в предлагаевыпрямления, которыи далее сменяет- мом устройстве этот фазовый сдвиг мор имом хранения (при подаче 25 жет пРоизвольно меняться от 0 до 180 отпирающего импульса на тиристор 9 Так, при постоянном интервале Т в момент времени Т ) а затем Режи- Т3 (фиг. 2) можно увеличивать интерУ мом инвертирования (п и по (р одаче вал Т„- Т за счет сокращения интер".Отпирающего" импульса на тиристор 6 вала Т вЂ” Т Э

3 4 ТО ПРИВОДИТ K Возник» в момент времени Т ) Да

g), Д лее цикл новению активной мощности от систеповторяется. мы к аккумулирующему элементу 1. ИзЕсли длительность интервала вы- менение интервал в б о в о ратном направпрямления Т вЂ” Т авн р а длительности лении приводит к реверсу активного интервала инвертирования Т 3 — Т4 обмена. При этом устройство может и аналогично для другого полуперио- циклически выдавать и потреблять из

Да), то в среднем энергообмен за энеРгосистемы энергию с произвольно период и активная мощность равны задаваемым коэффициентом мощности, нулю. Реактивная мощность в этом случае определяется суммарной дли- зировать как модуль, так и фазу нательностью инте валов в

Р ыпрямления пряжения в электроэнергетической сиси инверти ования

Р Диапазон измене- теме, создавать демпферные момен

40 ния е ты, реактивнои мощности простираете ую коле ательную повышать статическ б ся от нулевой до полной располагае- устойчивость электроэнергетических .мой мощности диодно-тиристорного систем, сглаживать нерегулярные комоста. При использовании обычных . лебания перетоков по межсистемным тиристо ов 6 — 9 б

P ез искусственной связям, повышая их пропускную спои 45 коммутации реактивная мощность всег- . собность. да выдается. При снабжении устрой- Кроме конденсаторов (обычных, ства также и цепями для принудитель- электролитических, вакуумных, моленого отключения тиристоров 6 — 9 кулярных), в качестве аккумулирующего можно получить и потребление реактив- 50 элемента в предлагаемом устройстве ной мощности. Повышение удельной могут использоваться и элементы друмощности в предлагаемом устройстве гих типов, например аккумуляторные достигается за счет того, что акку- химические батареи, а также.маховимулирующий элемент 1 может работать КЬвые накопители с электромеханичеспостоянно при максимальном напряже- 55 кими преобразователями, дающими на нии и неизменной полярности . Это выходе ток постоянного напряжения, позволяет использовать в качестве . например унйполяриые двигатель-гененега более энергоемкие элементы, раторы с.маховиками и т.п.

Аналогично рассматриваются и другие режимы - выпрямление и хранение энергии в аккумулирующем элементе.

При использовании предлагаемого устройства возможно комбинированное включение как однофазных компенсирующих устройств, так и трехфазного, причем и для однофазных устройств, включаемых в отдельные фазы, аккумулирующий элемент может быть общим для всех фаз, что однако требует применения еще развязывающих трансформаторов на стороне сети переменного тока.

S 12002

Устройство (фиг. 3) содержит трех" фаз ный мост на диодах 10 — 15, шунтированных соответствующими навстречу включенными тиристорами 16 - 21.

К зажимам постоянного тока этого моста (в данном случае к зажимам постоянного напряжения) подключен аккумулирующий элемент 22. Зажимы переменного напряжения. моста подключаются к энергосистеме, например, к фазным обмоткам силового,трансформатора электропередачи со стороны ,нейтрали, т.е. к началам этих фазных обмоток, если концы их подключены к проводам линии электропередачи.

Устройство (фиг. 3) работает следующим образом.

При отсутствии знергообмена токи в фазных проводах замыкаются через вентили 10 — 21 устройства, минуя аккумулирующий элемент 22. Если в сети соблюдается баланс токов в фазах (нулевой провод отсутствует), то в каждый фиксированный момент времени мгновенный ток в одной из фаз равен сумме токов в двух других фазах,, взятой с соответствующим знаком.

Пусть, например, в фазе ol мгновенное значение тока близко к амплитудному и ток имеет направление, указанное стрелкой на фиг. 3. Тогда этот ток может протекать по диоду 10. Далее он разветвляется, проходя по тиристорам 18 и 20 и далее по соответст35 вующим фазным проводам фаз . Ь и с, Если теперь подать отпирающий импульс на тиристор 17, то он открывается, диод 10 оказывается в непроводящем отстоянии а куму ирующий элемент 22 - введенным в цепь фазы с .

При этом имеет место режим инвертирования, при котором мгновенная мощность передается от аккумулирующего элемента 22 к сети. Иомент подачи импульса, отпирающего тиристор 17, обозначенг. Т (фиг. 4). В момент Т ток в фазе b проходит через нуль и далее становится положительным. На интервале T - Т„ нельзя подавать отпирающие импульсы ни на один из тиристоров, находящихся в непроводящем состоянии, так как в противном

65 б случае происходит короткое замыкание аккумулирующего элемента 22 через цепочку двух открытых тиристоров.

Однако в момент Т состояние вентилей изменяется, так как Фиристор 18 переходит в непроводящее состояние, и ток фазы Ь с момента Т начинает протекать через диод 12. С момента

Т1 появляется возможность подавать отпирающий импульс на тиристор 19.

Если это производится, то происходит коммутация аккумулирующего элемента 22 в фазу с и имеет место режим инвертирования с выдачей активной мощности в фазу с. Далее в момент времени Т ток в фазе меняет свое направление и начинает протекать по диоду 11. С момента времени Т появляется возможность "отпереть" тиристор 16, что приводит к вводу аккумулирующего элемента 22 в цепь фазы b, причем режим инвертирования, т.е. выдачи энергии аккумулирующего элемента 22 в сеть, сохраняется. Далее процесс может протекать аналогично. При этом последовательно осуществляется ввод аккумулирующего элемента 22 в цепи фазс,с,,а,с,Ь, на протяжении каждого периода промышленной частоты.

Регулирование величины перетока при этом может осуществляться путем сдвига импульсов, отпирающих сооТ ветствующие тиристоры 16 — 21, причем, чем больше угол запаздывания или задержки коммутации, тем меньше выдаваемая в сеть мощность от аккумулирующего элемента 22.

3 200265

Составитель А.Михайлов

РедактоР С.Саенко ТехРед Т.дубинцак КоРРектоР А.ТЯско

Заказ 7866/53 . Тираж 862 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР о дедам изобретений .и открытий

113035, Москва, 5-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðoä, ул.Проектная, 4