Компенсатор реактивной мощности

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО).1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„. BU „„126753

А1 (5D 4 Н 02,) 3/)8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2!) 3918136/24-07 (22) 27.06.85 (46) 30.10.86, Бюл. У 40 (71) Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (72) А.Б. Альбертинский, Р.А, Лльтшуль, Н.А. Канащенко, А.В. Поссе и M.À. Степанова (53) 621.316(088,8) (56) Солодухо Я.IO. Состояние и перспективы внедрения в электропривод статических компенсаторов реактивной мощности ведущих зарубежных фирм и отечественных предприятий. М.:

Информэлектро, 1982, с. 66, Авторское свидетельство СССР

У 136453, кл. Н 02 J 3/18, 1.960. (54) КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на подстанциях перем. тока для быстрого регулирования величины и направления реактивной мощности.

Цель — улучшение формы сетевого тока компенсатора и снижение перенапряжений. Первичная обмотка (ПО) 19 трехфазного трансформатора соединена в треугольник, первая вторичная обмотка (ВО) 20 соединена в звезду с нейтральным выводом 21. Каждая фаза второй ВО состоит из двух частей 22 и

23 с промежуточными и фазными выводами, причем ее нейтральные выводы соединены перемычкой 24. Цепочки из конденсатора 25 и резистора 26 шунтируют ВО, ПО 19, ВО 22 и 23 располо- 1-) жены на одном стержне. Три двухсторонних ключа с тиристорами 1 и 1О, 7 и 16, 13 и 4 включены между фазными выводами второй ВО 23 и нейтральным выводом 21 первой ВО 23 и нейт1267533

Пах =ягод + -Цггс ) ральным выводом 21 первой ПО 20. Другие шесть ключей .включены между фазными выводами первой ВО 20 и промежуточными выводами второй ВО ?2, 23, причем каждый ключ включен между разноименными выводами этих обмоток.

Числа витков ВО 20, 22 и 23 выбираютИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано на электрических подстанциях переменного тока для быстрого регулирования величины и направления потока реактивной мощности.

Цель изобретения — улучшение формы сетевого тока компенсатора и снижение перенапряжений.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема компенсатора реактивной мощности; на фиг. 2 — векторные диаграммы анодных напряжений; на фиг.3 временные кривые токов.

Компенсатор реактивной мощности содержит восемнадцать запираемых тиристоров 1 18, соединенных попарно в девять двухсторонних ключей, трехфазный трансформатор, имеющий пер- вичную обмотку 19, фазы 19А, 19В и

19С которой соединены в треугольник, первую вторичную обмотку 20, соединенную звездой„ с фазными выводами

20А, 20В и 20С и нейтральным выводом

21, вторую вторичную обмотку, каждая фаза которой состоит из двух частей

22 и 23, с промежуточными выводами

22А, 228 и 22С и фазными выводами

23А, 23В,и 23С, причем ее нейтральные выводы соединены перемычкой 24 так, что вторая обмотка соединена звездой, цепочки иэ последовательно соединенных конденсатора 25 и резистора 26, присоединенные к каждой части вторичных обмоток 20, 22 и 23, выключа- : 35 тель 27.

Вторичные обмотки с выводами 20А, 22А и 23А и первичная обмотка 19А расположены на одном стержне трансформатора и относятся к фаре А. Ана- 40 логично вторичные обмотки с выводами

20В, 22В и 23В и первичная обмотка

19В относятся к фазе В, вторичные обся таким образом, чтобы угол между смежными векторами опорных напряжений равнялся 20 и все эти напряжения были одинаковы. Тогда анодпые напряжения всех тиристоров образуют

18-фазную систему. 3 ил. мотки с выводами 20С, 22С и 23С и первичная обмотка 19С относятся к фазе С.

Три ключа с тиристорами 1 и 10 и

7 и 16, !3 и 4 включены соответственно между фаэными выводами 23А, 23В и 23С второй вторичной обмотки 23 и нейтральным выводом 21 первой вторичной обмотки 20. Другие шесть ключей включены между фаэными выводами 20А, 20В и 20С первой вторичной обмотки

20 и промежуточными выводами 22А, 22В и 22С второй вторичной обмотки

22 и 23, причем каждый ключ включен между разноименными выводами этих обмоток. Например, ключ с тиристорами 9 и 18 включен между выводом 20А фазы А первой вторичной обмотки 20 и промежуточным выводом 22В фазы В второй вторичной обмотки 22 и 23, а ключ с тиристорами 2 и 11 между тем же выводом 20А первой вторичной обмотки

20 и промежуточным выводом 22С фазы

С второй вторичной обмотки 22 и 23.

На фиг. 2а-2в построены векторные диаграммы анодных напряжений. У,,,,U+z и U соответственно тиристоров 1, 2 и 3.

Как видно из схемы компенсатора (фиг. 1), анодное напряжение U,, тиристора 1 равно напряжению фазы А второй вторичной обмотки 22, 23: с1 224 234 где U 2 -- напряжение обмотки 22 от перемычки 24 до вывода

22А;

U д — напряжение обмотки 23 от вывода 22А до вывода 23А.

Вектор Ос, анодного напряжения тиристора 2 образуется как геометрическая сумма векторов двух напряжений

126/531 где Ц вЂ” вектор напряжения обмотки

2Р4

20 от нейтрального выв!>да

21 до вывода 20А; (-t122 .) — вектор напряжения обмотки

22 от вывода 22С до перемычки 24.

Вектор Up анодного напряжения тиристора 3 образуется как геометрическая сумма векторов двух напряже= ний аЗ 224 (oc где U 4 -- вектор напряжения обмотки

22 от перемычки 24 до вывода 22А,, -U — вектор напряжения обмотки

20 от вывода 20С до нейтрального вывода 21.

Аналогично по схеме устройства можно построить вектора анодных напряжений всех остальных тиристоров.

Числа витков W, W, и W2 соответственно обмоток 20, 22 и 23 выбираются такими, чтобы угол между смежными векторами анодных напряжений равнялся 20 и все эти напряжения были одинаковыми (фиг. 2). Тогда анодные напряжения всех восемнадцати тиристоров образуют симметричную восемнадцатифазную систему.

Напряжение и число витков W обмотки 20 выбираются исходя из заданной номинальной мощности компенсатора и номинального тока тиристора.,По числу витков W, используя векторные диаграммы фиг. 2, определяют числа вит- ков W, обмотки 22 и У обмотки 23.

По векторной диаграмме на фиг. 2б имеем

sin00

U2p4 sin40

Так как

22С / 204 1/ э то

W = —.—,— W=0,532W, s in20 ! язп40

Такое же соотношение витков W u

W вытекает из векторной диаграммы на фиг.- 2в.

Число витков W обмотки 23 определяют по векторным диаграммам на фиг. 2а и 26.

Так как

П« =Ца2122А 22а .

Ц2 4 = 1а -Ц224 = 1а2 U22c =

sin120, sin20 U0„

Hin40 .и д sin40 то

;in60 -зin20!! и п40"

2соз40"sin20"

ып40" «4

Так как

tJ„ /Ц,„=Ы, /W, И, =(2sin20". ptg40 ) W=O 815W.

Компенсатор реактивной мощности работает следующим образом.

Работу компенсатора удобно рассматривать по временным кривым токов (фиг. 3). В первом приближении счи15 тается, что коммутации тока с одного тиристора на другой происходит мгновенно и ток, проходящий через тиристор в промежутке проводимости остается постоянным. Как показали экспе20 риментальные исследования на физической модели компенсатора и расчеты с помощью 3ВМ, коммутации тока действительно происходят почти что мгновенно, а импульсы тока через тиристоры немного отличаются от прямоугольных: они имеют выпуклую или вогнутую форму вершины в зависимости от того работает компенсатор соответственно в режиМе потребления или генерации реактивной мощности. Таким

30 . образом, допущения, принятые при построении временных кривых токов, приводят лишь.к небольшим изменениям электромагнитных процессов, протекаю-., щих в компенсаторе.

На осях 28 и 29 фиг. 3 показаны токи всех тиристоров в течение одного периода. Ток через каждый тиристор протекает в течение 40 за период.

Порядок отпирания и запирания тирис40 торов и, следовательно, порядок нх проводимости определяется векторными диаграммами анодных напряжений для тиристоров 1, 2 и 3 (фиг. 2).

Так как вектор Up2 анодного напря- .

45 жения тиристора 2 от вектора

Up„ анодного напряжения тиристора 1 на 20, то тиристор 2 начинает про- пускать ток спустя 20 (1/18 периода) после момента вступления в оаботу

50 тиристора 1 (см. блоки токов тиристоров 1 и 2 на осях 28 и 29 фиг. 3).

Вектор Ба анодного напряжения тиристора 3 отстает от вектора U« анодного напряжения тиристора 1 на

55 40, поэтому тиристор 3 вступает в работу через 40 (1/9 периода) после тиристора 1 (см. блоки токов тиристоров 1 и 3 на оси 28).

1267533

При мгновенной коммутапии тирис-торы пропускают ток группами по два н следукицей последовательности: 1-2, 2-3, 3-4, 17-18, 18-1, т.е. ток замыкается внутри схемы (например, в про- 5 межутке проводимости тиристоров 1 и

2 по пути (фиг. 1): перемычка 24, фаза A-, обмотки 22, вывод 2?А, фаза

А обмотки 23, вывод 23А, тиристор 1, нейтральный вывод 21, фаза А обмот—

10 ки 20, вывод 20А, тиристор 2, вывод

22С, фаза С обмотки 22, перемычка

24). После отпирания тиристора 3 возникает контуктор: вывод 22А, тиристор 3, вывод 20С, фаза С обмотки 20, тиристор 1, вывод 23А, фаза А обмотки 23, вывод 22А. Под действием напряжений, действующих в этом контуре происходит коммутация тока с тиристора 1 на тиристор 3 и ток качи- нает проходить через.тиристоры 3 и 2 по пути: перемычка 24, фаза А обмотки 22, вывод 22А, тиристор 3, вывод

20С, фаза С обмотки 20, нейтральный вывод 21, фаза А обмотки 20, вывод

20А, тиристор 2, вывод 22С, фаза С обмотки 22, перемычка 24. Аналогично при отпирании тиристора 4 происходит коммутация тока с тиристора 2 на тиристор 4, ток пропускает тиристоры 3 и 4 и т.д.

При таком замкнутом внутри схемы пути тока угол регулирования (угол отпирания тиристоров) должен быть близок к +90 (прй потреблении реак- 35 тивной мощности) или к -90" (при выдаче реактивной мощности). Отличие угла регулирования и соответственно угла сдвига первой гармоники сетевого тока от +90 или -90" определяется 40 активной мощностью„ потребляемой из сети для покрытия потерь энергии в компенсаторе.

На осях 30-32 на фиг. 3 показаны токи в фазах А вторичных обмоток, 45 приведенные к числу витков первичной обмотки, которое принято при построении равным числу витков У +И второй ,вторичной обмотки. Сумма этих приведенных токов дает ток в фазе А О первичной обмотки (ось 33). На оси

33, кроме того, пунктиром показан ток в фазе С первичной обмотки (с обратным знаком: -1c). Сетевой ток

=х - c на входе компенсатора в линей- 55 ном проводе фазы А показан на оси 34 и он пО своей форме такой же, как и сетевой ток восемнадцатифазного преобраэователя (при мгновенной коммутации токов и абсолютно сглаженном выпрямленном токе).

При работе компенсатора в режиме выдачи реактивной мощности первая гармоника сетевого тока сдвинута относительно фазного напряжения Б„ сети переменного тока на угол Ю в сторону опережения, Угол р примерно равен углу регулирования c(и имеет значение, близкое к -90 . В режиме потребления реактивной мощности углы р и с(близки к +90 .

В компенсаторе для ограничения перенапряжений, возникающих при принудительных коммутациях тока запираемыми тиристорамн, применены конденсаторы 25, включенные р цепи., парал— лельные вторичным обмоткам рансформатора, причем последовательно с каждым конденсатором включен резистор

26 и цепочки конденсатор-резистор подключены между выводами всех частей вторичных обмоток (фиг. )). Резисторы 26 обеспечивают коммутации тока тиристорами 1-18 в области выдачи реактивной мощности, когда угол регулирования имеет отрицательное значение. При работе компенсатора в этой области мало запереть очередной тиристор N, надо еще обеспечить вступление в работу тиристора N+2, к которому в это время приложено отрицательное анодное напряжение. При запирании тиристора N его ток, протекающий по соответствующим частям вторичных обмоток 20, 22 и 23 трансформатора, скачком переходит в параллельные им цепочки конденсатор-резистор; в результате чего на резисторах

26 возникают скачки напряжения, которые, добавляясь к напряжениям вторичных обмоток 20, 22 и 23,, переводят анодное напряжение тиристора

N+2 в положительную область. В результате тиристор, уже открытый к этому моменту управляющим импульсом, вступает в работу и переходит в сос— тояние проводимости. Величина сопротивления резистора 26 выбирается, исходя из вышеописанного процесса, Формула изобретения

Компенсатор реактивной мощности, содержащий трехфазный трансформатор с. первичной обмоткой, соединенной треугольником, и в.оричной обмо .кой, 1267533

ЙаР

Ьа4 (w) %и (ню) 1Ъ4 (wr) (Рие. Я. <Риа.5

Составитель А, Михайлов

Редактор А. Ревин Техред И.Попович, Корректор В. Синицкая

Заказ 5789/53 Тираж 6!2 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 соединенной звездой, запираемые тиристоры и конденсаторы, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения формы сетевого тока и снижения перенапряжений, трансформатор имеет вторую вторичную обмотку с промежуточными выводами, соединенную звездой, запираемые тиристоры соединены попарно по схеме двухстороннего ключа, причем три ключа включены меж- 10 ду фаэными выводами второй вторичнойобмотки и нейтральным выводом первой вторичной обмотки, а шесть ключей— между фазными выводами первой втори ной обмотки и промежуточными вы- 15 водами второй вторичной обмотки так, что каждый ключ включен между разноименными фазами этих обмоток и, кроме того, последовательно с конденсаторами включены резисторы и образованные цепочки конденсатор — резистор присоединены параллельно ко всем частям вторичных обмоток, причем каждая фаза второй вторичной обмотки от нейтрали до промежуточного вывода имеет число витков W> =(sin20 б

/sin40 )W, а от промежуточного вывода до фазного вывода — W =(2sin20 °

° ctg40 )W, где W — число витков фазы первой вторичной обмотки.