Способ компенсации обменной и реактивной мощности

 

Изобретение относится к области электроэнергетики и электротехники. Цель - расширение функциональных возможностей при регулировании реактивной мощности в цепях с несинусоидальными формами токов и напряжений. При компенсации обменной и реактивной мощности параллельно потребителю подключается компенсатор таким образом, чтобы между генератором, с одной стороны, и компенсатором и потребителем, с другой, отсутствовал или был сведен к минимуму обмен энергией, т.е. подсистема, состоящая из компенсатора и потребителя, должна потреблять от генератора либо только активную энергию, либо обменная энергия в сечении генератор - компенсатор и потребитель сводится к фиксированной величине. Реактивная мощность определяется по обменной энергии, т.е. энергии, накопленной в реактивных элементах на интервалах, когда происходит передача от генератора в потребитель, либо на интервалах, когда отсутствует возврат в генератор. Обменные энергия и реактивные мощности при предположении постоянной интенсивности преобразователя электромагнитной энергии в другие виды вычисляются по формулам, приведенным в описании изобретения. Выбор типа компенсируемой обменной энергии и реактивной мощности зависит от режима работы системы и требований, предъявляемых к компенсации энергии. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5р 4 Н 02 Л 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4139313/24-07 (22) 27. 10.86 (46) 15.05.89. Бюл. Р 18 (7,1) Институт электродинамики

АН УССР (72) В.Е.Тонкаль, В.Я.)(уйков и С.П.Денисюк (53) 621.316 (088.8) (56) .Супрунович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 186.

Supronowicz Н. Poprawa Wspolcrnnika mocy uktadow przeksztaltnikovych.

Warszawa; УМТ, 1981, s. 140. (54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ОБМЕННОЙ И

РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике. Цель— расширение функциональных возможностей при регулировании реактивной мощности в цепях с несинусоидальными формами токов и напряжений. При компенсации обменной и реактивной мощ-. ности параллельно потребителю подключается компенсатор таким образом, чтобы между генератором, с одной

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, в част» ности к компенсации реактивных нагрузок в общепромышленных и автономных электрических сетях с помощью статических вентильных компенсаторов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей при регу;

„„Я0„„1480014 А 1 стороны, и компенсатором и потребителем, с другой, отсутствовал или был сведен к минимуму обмен энергией, т. е. подсистема, состоящая из компенсатора и потребителя, должна потреблять от генератора либо только активную энергию, либо обменная энергия в сечении генератор — компенсатор и потребитель сводится к фиксированной величине. Реактивная мощность определяется по обменной энергии, т.е. энергии, накопленной в реактивных элементах на интервалах, когда происходит передача от генератора в потребитель, либо на интервалах, когда отсутствует возврат энергии в генератор. Обменные энергия и реактивные мощности при предположении постоянной интенсивности преобразователя электромагнитной энергии в другие виды вычисляются по формулам, приведенным в описании изобретения. Выбор типа компснсируемой обменной энергии и реактивной мощ- 4ь ности зависит от режима работы систе- Я мы и требований, предъявляемых к С0 компенсации энергии. 1 ил. С0 лировании реактивной мощности в цепях с несинусоидальными формами токов и напряжений.

На чертеже изображена структурная схема устройства компенсации, реализующего предлагаемый способ.

Структурная схема компенсатора содержит генератор 1, потребитель 2, датчик 3 напряжения, датчик 4 тока, 1480014 блоки выделения нулевых значений напряжения 5 и тока б, умножитель 7, вычислитель 8, блок 9 вычитания, источник 10 ойорного напряжения, формирователь 11 импульсов, ключевые элементы 12-15, накопитель 16.

Способ компенсации обменной и реактивной мощности заключается в следующем. 10

При компенсации обменной и реактивной мощности в соответствии с предлагаемым способом компенсация осуществляется с помощью устройства, подключаемого параллельноп@требителю 15 таким образом, чтобы между генератором, с одной стороны, и компенсатором и потребителем, с другой, отсутствовал или был сведен к минимуму обмен энергией, т.е. подсистема, 20 состоящая из компенсатора и потребителя, должна потреблять от генератора либо только активную энергию, либо обменная энергия в сечении генератор — компенсатор и потребитель 25 сводится к фиксированной величине.

Широкое использование вентильных преобразователей в энергосистемах и системах электропитания приводит к существенным искажениям токов и нап- 30 ряжений питающей сети, что значительно усложняет работу как других потре. бителей, так и генераторов электромагнитной энергии. Разработка способов компенсации реактивной мощности, основанных на реальных физических процессах в системе с вентильными преобразователями, позволяющих учесть генерацию и потребление реактивной мощности не только на основной, но 40 и на высших гармониках сигнала и описываемых достаточно простыми интегральными соотношениями, в цепях с несинусоидальными токами и напряжениями является важным и актуальным.45

Способ компенсации реактивной мощности целесообразно создать на основе определения реактивной мощности в соответствии с обменными процессами а схеме. Тогда реактивная 50 мощность определяется по обменной энергии, т.е. энергии, накопленной в реактивных элементах на интервалах, когда происходит передача энергии от генератора в потребитель (t ), либо на интервалах, когда осутствует возврат энергии в генератор (t + C ). Обменные энергии

W g Wpgg W gg H реактивные мощности О, О, О т ри предположении з постоянной интенсивности преобразования электромагнитной энергии н другие виды вычисляются по формулам

06 = (C + ° C ) — Р й; (2) О6 " (t + )ю (3) О ЯЪ706 ч т У

061 W 062

У (4) / где Р— среднее за перид значение положительной мгновенной

Для определения интегральных характеристик при компенсации вначале требуется измерить мгновенные значения тока потребителя i(t) и напряжения генератора U(t). По полученным функцйям >(t) H U(t) вычисляют мгновенные значения мощности (Р()

U(t)1(t). Интегрируют функцию мощности;

P — среднее за период значение отрицательной мгновенной мощности;

t+ — сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность положительная, сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность отрицательная; — сумма интервалов времени, на которых элементы системы отключены друг от друга;

Т вЂ” период кривой мгновенной мощности

Т = t + t +

Если обменная мощность W 6 характеризует обменные процессы в системе при отсутствии интервала С, тогда как сощности W 66,, W 66 характеризуют соответственно обменные процессы со стороны генератора или потребителя.

Выбор типа компенсирующей обменной энергии и реактивной мощности (выражения (1) — (4)) зависит от режима работы системы и требований, предъявляемых к компенсации энергии. Компенсация обменных энергий W 6,, и соответствующих им реактивных мощностей Я, 0 „ О производится идентично. Рассмотрим компенсацию величин W и О (выражения (1), (4)) .

1 < 8001- < мгновенной мощности P(t) на пр< тяжении интервалов времени t u t, соответветствующих положительным и

<отрицательным значениям мгновенной

5 мощности. При этом запоминают усредненные сигналы P и Р, соответствующие результату интегрирования, и хранят запомненные значения сигналов на протяжении интервалов интегри- 10 рования. Сами интервалы времени и t, соответствующие положительным и отрицатльным значениям мгновенной мощности, определяются по моментам перехода через ноль напряжения и 15 ,тока.

Далее производится вычисление обменной энергии W o6 по формуле (1), как разность запомненных сигналов на 20 протяжении интервалов интегрирования. Реактивную мощность 0 определяют по формуле (4) за период кривой мгновенной мощности. Вычисленные интегральные величины сравниваются с эталонными и получают значения <"<

= Q — (? „о 7 О. В частном случае р6 ном 0 ? «ом 0

Если о. в „ом (Q „) g О, то ° производится частичная компенсация обменной (реактивной) мощности; если

W 06 I<0M (О <<ам) = 0> TO п13ОИЗВОдИТ

35 ся полная компенсация обменной (реактивной) мощности. Для полной или частичной компенсации обменной и реактивной мощности необходимо использовать накопительный элемент, который на интервалах отрицательной мгновенной мощности на зажимах потребителя принимает энергию от потребителя и на интервалах положительной мгновенной мощности на зажимах потре- 45 бителя отдает энергию потребителю. В накопителе должны быть предусмотрены меры, исключающие потребление энергии от генераторов. Длительность включения накопителя в режимах потребления

50 или генерирования электромагнитной энергии определяется значением ДЫрв, скоростью заряда и разряда накопителя. Следовательно, в соответствии со способом компенсации запасают энергию., 55 на интервалах отрицательной мгновенной мощности и возвращают накопительную энергию на интервалах .положительной мгновенной мощности потребителя.

В частном случае можа<> положить

3 3 Р

+ с

С и3

Ир3 раор

ИР3 где С„ (t „р3) — нремя начала заряда (разряда) накопителя;

tz p(t „р) — длительность времени заряда (разряда) накопителя;

Р (t)(Р,, (t) — мгновенная мощность заряда (разряда) накопителя;

Р „ (Р „,р ) — средние значения заР,р мощности заряда (разряда) накопителя.

Для улучшения гармонического состава тока и напряжения необходимо из менять моменты времени H3 и t ир3, выбор которых определяется конкретным типом потребителя и генератора.

ПРИ ЭТОМ HHTPPBBJIbl t pap И t pa могут состоять из нескольких подинтервалов, не связанных между собой.

Устранение или уменьшение потребляемой энергии генератором приводит к тому, что гармонический состав токов и напряжений в энергосистеме электропитания улучшается .

Изобретение иллюстрируется следующим примером выполнения устройства, приведенного на чертеже и реализующего предлагаемый способ компенсации обменной и реактивной мощности.

В сечение системы, содержащей генератор 1 и потребитель 2, включены датчики напряжения 3 и тока 4 предлагаемого устройства компенсации.

Введенные датчики 3 и 4 осуществляют гальваническую развязку, согласование уровней энергетических цепей и измерительной части устройства, а также мгновенные значения напряжения

U 6„() и тока i „(1) на входе потребителя 2. Выходное напряжение датчика 3 V 6 (t) пропорциональное

6ЫХ 3

ИЗМЕРЯЕМОМУ НаПРЯжЕНИЮ (U Онх 3 (t) +Б 8„(t)), и датчика 4 U z,ö„ (с), 1480014 пропорциональное. измеряемому току (U В х p (t) — ; i Ä (t), поступают соответственно на входы блоков выделения нулевых значений напряжения 5 и тока 6. Сигналы с выходов датчиков также поступают на вход умножителя 7, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный мгновенной мОщности P (t) — c(g ц g)((t) с(.l. gg t)е

Выходной сигнал умножителя 7 поступает в вычислитель 8, который программным путем реализует вычисление обменной энергии по формуле (1).

Если необходимо осуществлять компенсацию обменных энергий W z«, W „ то вычислитель 8 реализует вычисление программным путем по выражениям (2) и (3). Сигнал с выхода вычислителя 8 подается на неинвертирующий вход блока 9 вычитания, на инвертирующий вход которого поступает сигнал, пропорциональный W „ „ (в частном

L случае при W „,„= 0 величина данного сигнала равна нулю) . Величина сигнала, пропорционального Ч, устанавливается с помощью источника

10 регулируемого напряжения.

Сигнал с выхода блока 9 вычитания И, поступает на Один из ВхОдОВ формирователя 11 импульсов, на два других входа формирователя 11 импульсов поступают выходные сигналы блоков выделения нулевых значений напряжения 5 и тока 6.

В соответствии с поступившей ни|формацией на входы формирователя 11 импульсов, а также информации о веtypal г р type y t p

Ключевые элементы 12-15 по сигналам блока 11 управляют режимом работы накопителя 16, который, в частном лучае, относительно своих выходных зажимов может быть представлен генератором тока. В соответствии с состоянием ключевых элементов 12-15 накопитель 16 либо накапливает энер5 гию (ключевые элементы 12, 15 в проводящем состоянии, 13, 14 в непроводящем состоянии), либо отдает энергию в потребитель (ключевые элементы

13, 14 в проводящем состоянии, 12, 15 в непроводящем состоянии).

Формула изобретения

Способ компенсации обменной и реактивной мощности, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока потребителя, мгновенные значения напряжения генератора, перемножают мгновенные значения тока и напряжения, определяют значение мгновенной мощности, интегрируют произведение этих сигналов на протяжении интервалов времени, соответ25 ствующих положительным и отрицательным значениям мгновенной мощности, запоминают усредненный сигнал, соответствующий результату интегрирования, хранят запомненные значения сигналов на протяжении интервалов

1 интегрирования, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при регулировании реактивной мощности в цепях с несинусоидальными формами токов и напряжений, интервалы времени, соотствующие отрицательным и положительным значениям мгновенной мощности определяют по моментам перехода

4О через ноль напряжения и тока, определяют величину обменной энергии как разность запомненных сигналов на протяжении интервалов интегрирования, определяют реактивную мощность за период кривой мгновенной мощности, запасают энергию на интервалах отрицательной мгновенной мощности и возвращают накопленную энергию на интервалах положительной мгновенной мощно» сти потребителя.

1480r>144

Составитель Г. Дамская

Редактор Н. Киштулинец Техред М.Ходаннч Корректор Н. Бобкова

Заказ 2550/50 Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101