Способ стабилизации параметров электрической энергии в трехфазной системе с нестационарными,нелинейными нагрузками

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для симметрирования токов в трехфазной сети. Цель изобретения - упроще ние симметрирования нестационарных нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока трехфазной системы . Для этого измеряют амплитудное значение линейного напряжения сети и мгновенное значение тока однофазной нагрузки. Мгновенные значения токов однофазной нагрузки преобразуют в тригонометрический ряд Фурье.-В зависимости от значений коэф. разложения в ряд Фурье определяют характер регулируемого нелинейного реактивного сопротивления , подключенного параллельно однофазной нагрузке. Величины этого сопротивления и регулируемых линейных реактивных сопротивлений емкостного и индуктивного характера, подключенных соответственно на опережающее и отстающее напряжения по отношению к напряжению однофазной нагрузки , устанавливают в зависимости от значения коэф. разложения в ряд Фурье и от величины линейного напряжения сети. 2 ил. с (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

114 А1 ()9) 0)) (5)) 4 Н 02 J 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3899932/24-07 (22) 24.05.85 (46) 23.06.87. Бюл. Ф 23 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) А.К. Шидловский, И.В. Мостовяк, Г.А. Москаленко, В.А. Новский и А.Н. Яровой (53) 621.3)6.76).21(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1125701, кл. Н 02 J 3/26, 1983.

Авторское свидетельство СССР

9 1156192, кл. Н 02 J 3/26, 1984.. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТРЕХФАЗНОЙ

СИСТЕМЕ С НЕСТАЦИОНАРНЫМИ НЕЛИНЕЙНЫМИ НАГРУЗКАМИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для симметрирования токов в трехфазной сети. Цель изобретения — упрощение симметрирования нестационарных нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока трехфазной системы. Для.этого измеряют амплитудное значение линейного напряжения сети и мгновенное значение тока однофазной нагрузки. Мгновенные значения токов однофазной нагрузки преобразуют в тригонометрический ряд Фурье. В зависимости от значений коэф. разложения в ряд Фурье определяют характер регулируемого нелинейного реактивного сопротивления, подключенного параллельно однофазной нагрузке. Величины этого сопротивления и регулируемых линейных реактивных сопротивлений емкостного и индуктивного характера, подключенных соответственно на опережающее и отстающее напряжения постно шению к напряжению однофазной нагрузки, устанавливают в зависимости от значения коэф. разложения в ряд Фурье и от величины линейного напряжения сети. 2 ил.

1 1319164

Изобретение относится к электроТехнике и может быть применено для симметрирования токов в трехфазной сети при подключении к ней нелинеиных однофазных нагрузок с быстроизменяющимися во времени параметрами (электродуговые сталеплавильные печи, нентильнь)е преобразователи, асинхронные и синхронные двигатели, сварочные аппараты и др.). IIO

Цель изобретения — упрощение симметрирования нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока трехфазной системы.

На фиг. 1 показана схема, реализующая предлагаемый способ; на фиг.2 устройство для реализации способа.

На схеме обозначены: фазы 1-3 се1 ти, нестационарная, нелинейная нагрузка 4, через которую протекает ток i),(t) управляемое нелинейное реактивное сопротивление 5 индуктивного или емкостного характера, регулируемые линейные реактивные сопротивления 6 и 7 соответственно индук25 тинного и емкостного характера, i " фазные токи трехфазной системы, i — TQK протекающий через

2э управляемое нелинейное реактивное сопротивление. -н () = Ф(2.-с)н соз(2п-1)() + и =!

+Вt,,>„яiи(2п-I)ыс); определение характера управляемого нелинейного реактивного сопротивления, причем прн выполнении неравенства

В(2„<)н) 2,.,0 (А sin2natк= s (2(а+«) ° 4jp управляемое нелинейное реактивное сопротивление является индуктивным сопротивлением, величиной которого . управляют в соответствии с выражением

1 1 (t) V, — («««- ) н

СО OO — — (А((„„, „sin2ngt-BCz() „.) соз2пц ), (2) при

OQ 00 pg с,В(2п-,)н 2,« . (А sin2nutГ (11+ k) -1$«

В 2(ь+«),1„cos 2nut) (3) управляемое нелинейное реактивное сопротивление является емкостным сопротивлением, величиной которого управляют согласно выражению

1 ()С ()= — —; В +

7 „, Z««-i) «i

+ —,«(А. з1п2пцйV, „, «= (;Z(n+«)- iн

-В, „„; cos2ngt); (4) определение величины регулируемых линейных реактивных сопротивлений в зависимости только от значений коэффициентов разложения в ряд Фурье тока нагрузки н соответствии с выражением

1 1 — =wc= - A(n-) (5)

43V где Ь (t) — индуктивность управляемо3, го нелинейного реактивного сопротивления;

С () — емкость управляемого не3 линейного реактивного сопротивления;

5О (Zn-i) н

ACz(„,„), к и (2и- )Н

CZ(H+ к)- ) g

V о

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. 2) содержит фазы 1-3 электрической сети, нестационарную, нелинейную нагрузку 4, иннерторные схемы 5-1, реализующие соответственно нелинейное управляемое реактивное сопротинление„ линейные регулируемые реактивные сопротивления индуктивного и емкостного характера, измерительный преобразователь 8 тока., измеритель 9 коэффициентов ряда Фурье, устройство 10 сопряжения,вычислительно-управляющий блок

11, управляемый мостовой ныпрямитель

12, формирователь 13 импульсов, схемы 14-!6 запуска тиристоров, датчик

17 напряжений, устройство 18 сопряжения.

Порядок выполнения операций при осуществлении способа следующий: измерение амплитудного значения линейного напряжения сети V

55 измерение мгновенных значений тока нагрузки i„(t) и преобразование их в тригонометрический ряд Фурье в соответствии с выражением: коэффициенты соответственно при косинусах и синусах разложения в ряд

Фурье тока нагрузки; амплитудное значение линейного напряжения сети; угловая частота.

1319164

Если выполняются условия:

2у

А — > В

21» V „ --, (Л(»»»-к)-1)»»

 =- — A

21»ь V к B(»»+к)-1)»» у

» или

А =- В

21»с ()Ч,, 52(»»ir)-»)н

В А

21»с (»7 " (2(»»+к)-» ) — : В("-)"

И 0 nss1

50

На напряжение сети, например г

U» (t)=V sin(ut+ — ), подключено регу —. лируемое линейное сопротивление индуктивного характера QL, на напряжек ние U (t) =-7 sin(gt- — ) подключено 3» . о 6 регулируемое линейное реактивное co\ противление емкостного характера

1 f0 — а на напряжение U (t) -Ч cosut— цС

22 о нестационарная, нелинейная нагрузка, параллельно которой подключено управляемое нелинейное реактивное сопроf5 тивление (») Е„(t) или (фиг. 1) . (С „(t)

Индуктивность или емкость управляемого нелинейного реактивного сопротивления можно представить в виде тригонометрического ряда

А,„+ + (А cos2nut+

) „()

+В sin2ngt), 2»»(, или 25 ос + - (Aã соз2ац +

Йа1

+В 2„sin2nut)

Следовательно, ток через управляемое нелинейное реактивное сопротивле- 30 ние равен:

- — (2А -А )sxnut- — з — cosutVo ч s„

2у о». 2», 2р чо — (А -А (sin(2n+) )gt

2ю „(г» (2 .2)», »» =1

" - jB „-В(„,)„icos(2n+) )ut), или

2з 2 (2Аос-A„) sinut +

+ — В cosset+,» (А °

QV, QVî

2с „, (-А(2„12ДзЫ(2п+! ) ut-(В2л то ток i содержит только активную составляющую основной гармоники и равен

; А,, cosset, (2»1-»11» а величина управляемого нелинейного реактивного сопротивления определяется выражениями (2) и (4) .

Если ток i2 представить в общем виде i Bsinut+Acosut, то условие полной (амплитудной и фазовой) симметрии токов 2, i i для схемы (фиг. 1) имеет вид:

4)V. 1 Ч, м (- +цС)cosut+ (— + 2 ые 2 uL

+uC) sinut, ГЗЧ., «V.

i =(А+ )cosut+(B- . )sinut, 2я?, 2ыЬ

-Гз

=(-А- — Ч аС) cosut+(-Вс 2 о

1 — — VQ) sinut.

2.

Отсюда можно определить обратные величины регулируемых линейных реактивных сопротивлений:

1 1

Чо — (А+)3 В), ЯС=- -д — (А- 3 В).

V

Поскольку В=О, A= A(2,)„то полуП 1 чаем выражение (5) .

Величина коэффициента реактивной мощности трехфаэной системы равна

t 9=0, l

Поскольку величины индуктивности и емкости не могут быть отрицательными, то из неравенств

>О; ыс„(с)>О

ИЕ следуют условия (1) и (3) соответственно, которые являются критерием выбора характера управляемого нелинейного реактивного сопротивления в зависимости от параметров нелинейной, нестационарной нагрузки.

Из выражения (5) следует условие для параметров нагрузки, исходя иэ возможности физической реализации регулируемых линейных реактивных сопротивлений:

Если, А ъ О, то очевидно, (2п-»)»» что суммарный ток i находится в противофазе с напряжением V . Такой ток может создавать либо активный

131916ч двухполюсник, либо эквивалентная однофазная нагрузка, выделенная" из несимметричной трехфазной нагрузки.

Для того, чтобы было возможным применение способа для нестационарных нелинейных нагрузок, для которых (Ян-1) И

А(> О, необходимо на отстающее и опережающее линейные напряжения по отношению к напряжению однофазной нагрузки подключить регулируемые линейые реактивные сопротивления емкостного и индуктивного характера соответственно.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Между фазами 2 и 3 сети (фиг. 2) подключена нестационарная, нелинейная нагрузка ч. Ток i„(t) этой нагрузки преобразуется пропорционально в напряжение с помощью измерительного преобразователя 8 тока. Измеритель

9 коэффициентов ряда Фурье определяет коэффициенты A«„, „ и В(„,),„ разложения в ряд Фурье тока i„(t). Эти величины через устройство !О сопряжения поступают, в состоящий из БИС микропроцессорного набора вычислительноуправляющий блок 11. Последний производит вычисление в соответствии с выражениями (1-4), а также (5) и вырабатывает управляющие воздействия для инверторных схем 5-7, реализующих функции реактивных сопротивлений. Инверторные схемы питаются от управляемого мостового выпрямителя 12. Для управления тиристорами инверторных схем и выпрямителя предназначен многоканальный программно-управляемый формирователь 13 импульсов. Непосредственно включают тиристоры схемы 1416 запуска тиристоров. Датчик 17 напряжений служит для синхронизации работы вычислительно-управляющего блока с сетью, а совместно с устройством 18 сопряжения — для определения величины амплитуды напряжения.

Таким образом, способ позволяет с помощью управления лишь одним нелинейным элементом — управляемым нелинейным реактивным сопротивлением, которое включается параллельно нестационарной,нелинейной нагрузке, осуществить ее симметрирование, компенсацию высших гармоник тока и реактивной мощности трехфазной системы, что в отличие от известного способа в значительной мере способствует более простой его реализации на практике и, следовательно, является эффективным и перспективным при внедрении в народное хозяйство для комплексного повышения качества электрической энергии и эффективного ведения электротехнологических процессов.

Формула изобретения

Способ стабилизации параметров электрической энергии в трехфазной системе с нестационарными, нелинейными нагрузками, на линейное напряжение которой подключена однофазная нагрузка, на отстающее и опережающее линейные напряжения по отношению к напряжению однофазной нагрузки подключены регулируемые линейные

20 реактивные сопротивления индуктивного и емкостного характера соответственно, а параллельно однофазной нагрузке подключено управляемое нелинейное реактивное сопротивление индуктивного или емкостного характера, включающий измерение амплитудного значения линейного напряжения сети, измерение мгновенных значений тока нагрузки и преобразование их в триго30 нометрический ряд Фурье, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения симметрирования нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока трехфаз35 ной системы, определяют требуемый характер управляемого нелинейного реактивного сопротивления, причем при выполнении неравенства

ОО сю оо

4О В(«->) н : (AC (n.ö- lí з1п2пц

ll =-1

-В(,(„,И,1н соз2пцС) управляемое нелинейное реактивное сопротивление является индуктивным сопротивлением, величиной которого

45 управляют в соответствии с выражением 1 ж

uL (t) v, — (н -() н оо ао — - : —,>,>. (А (s in2nta йрй

В (,„„„2 ;. (А „„,„),l„sin2nutn

55 -В ((+д)-1l„cos2nut) управляемое нелинейное реактивное сопротивление является емкостным сопротивлением, величиной которого упразляют согласно выражению

1319164 8 где L (t) — индуктивность управляемого нелинейного реактивного сопротивления;

С (t) — емкость управляемого нелинейного реактивного со3 противления;

-В „„+ ц, ) co s 2nut) величины регулируемых линейных реактивных сопротивлений регулируют в за- висимости только от значений коэффициентов разложения упомянутого ряда

Фурье в соответствии с выражением: и

15

2 — (A,(„1 sin2nutn= k> 1 " 1- 3 н

1 1

1 3 ч, „ - ми (Ln- l<

ft(n+kl-I3 й

Ии-()

p(N4k l-!) н коэффициенты соответственно при косинусах и синусах разложения в ряд

Фурье тока нагрузки; амплитудное значение линейного напряжения сети; угловая частота.

)319!64

Составитель И. Мирошников

Редактор Н. Тупица Техред Л.Олийнык Корректор А, Обручар

Заказ 2522/50 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4