Способ автоматического симметрирования напряжений и компенсации реактивной мощности в электроэнергетической трехфазной системе

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для симметрирования напряжений и компенсации реактивной мощности в узлах сложных электроэнергетических систем с произвольными несимметричными нагрузками. Цель изобретения - повышение качества электрической энергии и уменьшение номинальной мощности управляемых реактивных сопротивлений за счет автоматического снижения несимметрии напряжений до заданного значения и поддержания напряжений прямой последовательности в допустимых пределах . Способ заключается в том, что измеряют напряжение на шинах нагрузки, токи симметричной, несимметричной нагрузок и ток питающей системы; задаются допустимыми напряжениями прямой и обратной последовательностей на шинах нагрузки и вычисляют требуемые токи прямой и обратной последовательностей симметро-компенсирующего устройства с учетом того, что компенсация напряжения обратной последовательности осуществляется не до нуля, а до заданного допустимого напряжения. Затем определяются величины реактивных сопротивлений симметрокомпенсирующего устройства 1 ил сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 J 3/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4469871/07 (22) 04.08.88 (46) 23.05.91. Бюл, М 19 (71) Иркутский политехнический институт и

Районное энергетическое управление (72) А.Н.Висящев и С.Г.Тигунцев (53) 621.316.761.21 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 920959, кл. Н 02 J 3/26, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N. 1156192, кл, Н 02 J 3/26, 1983.

Висящев А.Н. и Тигунцев С.Г. Методика выбора параметров симметро-компенсирующих устройств, — Техническая электродинамика, 1984, М 5, с, 66-70, (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО СИММЕТРИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для симметрирования напряжений и компенсации реактивной мощности в узлах сложных элекИзобретение относится к электротехнике и может быть применено для симметрирования напряжений и компенсации реактивной мощности в узлах сложных электроэнергетических систем с произвольными несимметричными нагрузками, Целью изобретения является повышение качества электрической энергии и уменьшение номинальной мощности управляемых реактивных сопротивлений за счет автоматического снижения несимметрии напряжений до заданного значения и поддержания напряжения прямой последовательностии в допустимых пределах.

„„5U 1651340 А1 троэнергетических систем с произвольными несимметричными нагрузками. Цель изобретения — повышение качества электрической энергии и уменьшение номинальной мощности управляемых реактивных сопротивлений за счет автоматического снижения несимметрии напряжений до заданного значения и поддержания напряжений прямой последовательности в допустимых пределах. Способ заключается в том, что измеряют напряжение на шинах нагрузки, токи симметричной, несимметричной нагрузок и ток питающей системы; задаются допустимыми напряжениями прямой и обратной последовательностей на шинах нагрузки и вычисляют требуемые токи прямой и обратной последовательностей симметро-компенсирующего устройства с учетом того, что компенсация напряжения обратной последовательности осуществляется не до нуля, а до заданного допустимого напряжения. Затем определяются величины реактивных сопротивлений симметрокомпенсирующего устройства. 1 ил.

На чертеже показана схема замещения узла электроэнергетической системы.

Электрическая система 1 с эквивалентными параметрами (ЭДС и сопротивления прямой и обратной последовательностей соответственно Е1с, Egc, 21c, 22 )подключена к узлу с симметричной нагрузкой 2, несимметричной нагрузкой 3 и симметро-компенсирующим устройством 4, В цепи питания симметричной нагрузки 2, несимметричной нагрузки 3 и электрической системы 1 вклк чены измерительные трансформаторы 5 -7. к которым подключены измерители 8 -10 комплексов симметричных составляющих

1651340

1 токов в соответствующих цепях, Измеритель 11 комплексов симметричных составляющих напряжений узла подключен к трансформатору 12 напряжения, первичная обмотка которого подключена к узлу электроэнергетической системы. Входы формирователей 13 и 14 прямой и обратной последовательностей подключены к выходам измерителей 8 — 11 комплексов симметричных составляющих токов и напряжения и к выходу задатчика 15 требуемых напряжений прямой и обратной последовательностей на шинах узла и эквивалентных сопротивлений прямой и обратной последовательностей электрической системы 1, Входы формирователя 16 тока нулевой последовэтельностй подключены к выходам формирователей 13 и 14 прямой и обратной последовательностей и к выходу задатчика

15 требуемых напряжений прямой и обратной последовательностей на шинах узла.

Входы формирователя 17 управляющих воздействий подключены к выходам формирователей 13. 14 и 16 прямой, обратной и тока нулевой последовательностей и к выходу задатчика 15 требуемых напряжений прямой и обратной последовательностей на шинах узла. Выходы формирователя 17 управляющих воздействий подключены к входам блока 18 управления симметро-компенсирующего устройства 4.

Если на линейные напряжения сети подключены симметричная и несимметричная нагрузкй и симметро-компенсирующее устройство, то по этим элементам протекаЮт токи 11с, 12с, 11сн, 12сн, 11нн, 12нн, 11ску 12ску соответственно системы, симметричной, несимметричной нагрузок и симметро-ком,пенсирующего устройства, Б любой момент времени для узла справедливы соотношения

11ску = 11c 11сн 11нн, 12ску = 12c 12сн . 12нн. (1)

Для режима, соответствующего допустимым (заданным) значениям (индекс "Д") напряжений прямой и обратной последовательностей, аналогичной выражениям (1), справедливы выражения

11ску = 11с 11сн 11нн иску = Вс — 12сн — Инн. (>)

Допустимые токи прямой и обратной последовательностей системы определяются по выражениям а э Е1с — Vi

11с—

Z1c, а

Е2с V2 (3)

22с а z,"b + 2)c + z,", >0,1, 40

2аЬ + 2оос + 2са

2аь Ьс 2са с где опротивления фаз не симметричной нагрузки; будет справедливо выражение э ч а

12нн = 12нн °

V1 (8)

В остальных случаях принимаем

1йн = 12нн °

С учетом (5), (6), (7) и (8) выражения (2)

50 примут вид

5 3 V1 — V1 \/1

11ску = - + 11c V (11сн + 11нн ) (9)

2-1с /1 а . э 2 /2 2 V1

12ск + 12c 12сн 1йнн °

22 с /2 /1 (10) Как видно из выражений (9) и (10). задавшись значением допустимых напряжений в узле и эквивалентных сопротивлений прямой и обратной последовательностей системы и замеряя значения напряжений и токов, ° Д а Д где Vi, V2 — допустимые значения напряжений прямой и обратной последовательностей в узле.

Экспериментально установлено, что ве5 личины Zic и Z2c изменяются незначительно, а именно при изменении мощности нагрузок нэ 50-70а(, сопротивления системы меняются на 2-3 Д, что позволяет принять в

Данной схеме электРоснабжениЯ 21c = const

10 и z2c =, const. ЭДС электРической системы

Е1с И Е2с В ЛЮбсй МОМЕНТ ВРЕМЕНИ МОЖНО определить по выражениям

Е1с = Vt+ 11с 21с, E2c = V2 + 12с Z2c. (4)

15 где Vi, V2 — значения напряжений прямой и обратной последовательностей в узле в данный момент, Подставим (4) в (3), получим Р V1 + 11c 21с /1

r, Э V2 + 12c Z2c — V2 (5)

22с д

Токи симметричной нагрузки Ifc, 12сн можно определить по выражениям

11сн = — 11сн, V1

V2

12сн 12сн

V2 (6)

Для тока прямой последовательности несимметричной нагрузки 11нн при условии, V1 что — 50 справедливо выражение /2

\/ i

11нн — 11нн ° (7)

Ч(Для тока обратной последовательности

3 несимметричной нагрузки 12» при условии, что

5 165 можно сформировать величины токов прямой и обратной последовательностей симметро-компенсирующего устрбйства, которые будут удовлетворять условию поддержания допустимых значений напряжений прямой и обратной последовательностей. в узле.

Однако. следует учесть, что симметрокомпенсирующие устройства выполняются в основном на реактивных элементах, с помощью которых можно регулировать только продольную составляющую напряжения поэтому можно принять напряжения V1 и V совпадающими по фазе.

Формирование величин тока нулевой последовательности (Io«y) и реактивных сопрртивлений симметро-компенсирующего устройства проводится по аналитическим зависимостям, предлагаемым в известном способе. Согласно этой методике полные сопротивления симметро-компенсирующего устройства определяются по выражениям (12)

1 5 {V1a V2a) (I la 12а V3 lop) + (V}p V2p) X

X (!1р — }2p + V3 lop ) = 0 (Ч1а + — Ч2а 2 V2p) (11а + «212а 2}2P

1 V3 . «1

2 2

3 Л 1

2Π— т }оа + -у-4}ор) + (V}p + 2Ч2Р +-(5- Ч2а) X

Х(!1р + — 12а + — 12р — -Ipð — 2 }оа )= О 3 1 3 3

Р 2 а 2

Гдв Ч1а, V1p, V2a, V2p — аКтИВНЫЕ И рЕаКтИВНЫЕ составляющие допустимых напряжений прямой и обратной последовательностей;

11а, 11р(12а. 12р активные и реактивные составляющие токов прямой и обратной последовательностей симметро-компенсирующего устройства.

Решаем в формирователе 16 тока нулевой последовательности систему уравнений (12) относительно !оа, }ор методом наименьших квадратов. Подставляя полученные ввличины Iоа, lop в мнимые части уравнений (11), получим величины реактивных сопротивлений устройства

1 ЗГ 3 V5 (11а + 12a + — 12р + Iоа + — lpp )

2 2 2 2 (1р 2 2а + 212p 2 Ipa + 2}îð )1

« Г 3

op) (1Р 2 12а+«2}2p 2 Iîà +g Ipp) -Ьс г

° b

11 — 12 (а - а ) }о са г

11 - а }2 (1 - а ) }о (I1a+ 12а+ !2р+ — } а+

2 2 2о

Xbc 3 3((Vl p Н2 Г

3 ((Ч1р +» + — Ч2р ) (!1а + — 12a — — }2p — !оа + — !ор ) Я з б

2 2 2 2 2

1 1(3, 1ГЗ 1 3 Л (V1a +g V2a -71 V2p ) (11Р + 2 12а + 212Р 2}ор 2 !оа)) а(11а + 12а — 12р }оа + }ор + (11р + 12а + 12р }ар . }ор )

2 2 2 2 2 2 2 2

Ток }оску существует только в системе координат треугольника, а потому, не влияя на режим сети, оказывает влияние на параметры устройства. Данное свойство тока

1ос у позволяет, в частности, принять условие равенства нулю величин активных соЬ

3 (. (V1p + Ч2р — V2a )

1 1(3

2 2 (Ч1а + g Ч2а + -у- V2p )

1 V3

1340 6 противлений устройства, т.е. Вав - Вас Rca (= О, при этом, выделяя иэ (1 1) действительные части, получаем систему трех уравнений при двух неизвестных ..}oa и lop активной и реактивной составляющей тока нулевой после овательности ф1а + yV2a + -я-Ч2р) (11а + у12а + я 12р +

1 1 Л

10 +2}оа +-у-Iор) +(Ч1р +gV2p — 2 Ч2а) X

3 16 Ж

X(11p — р 12а +gl2p 2 Iоа +2 lop) = Oi

43 1 Ж 3

Данные уравнения реализованы в формирователе 17 управляющих воздействий, Для реализации способа измеряют фазные токи симметричной, несимметричной нагрузок, питающей системы.и линейные напряжения в узле, Так как все измеряемые величины комплексные, выбирается ось отсчета, например, совпадающая с V», Все измеряемые величины передают в формирователи 13, 14 и 16 токов прямой, обратной и нулевой последовательностей. куда также передают величины модулей допустимых напряжений прямой и обратной последовательностей, значения эквивалентных сопротивлений электроэнергетической системы относительно данного узла, 7 1651340 8 затем Сформированные токи прямой, обрат- прямой и обратной последовательностей

НОй И НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВатЕЛЬНОСтЕй ПЕРЕДа- СИММЕтРО-КОМПЕНСИРУЮЩЕГО УСтРОйетаа!1а, ют в формирователь 17 управляющих I1p 12а, l2p, определяютток нулевой последбвоздействий. которые передают в блок 18. вательности loa, lop симметро-компенсирууправления симметро-компенсирующего ющего устройства, решая следующую сисустройства, с помощью которого устанавли- тему ур е ваютреактивноесопротивлениекаждойфа- р„+ Ч, + Ч ).(IÄ + + +

1 )/3 . 1 1/3 зы симметро-компенсирующего устройства, равныесформированным величинам. + I., + I. )+(1/1 + V — V ) X

Формула изобретения (1 12а+ 12 1оа+ 11о =О

Способ автоматического симметриро- (р 2 2а 2 2р 2 lîa + 2 !ор) = О, вания напряжений и компенсации реактив- (%6 V2a} (! 1а !2а 1/3 lop) + (/1р V2p}x ной мо(Цности в электРоэнеРгетической ((1 — (2Р+1/3 1ор) =0 трехфазной системе, на линейные напряже- 1.> 1 1/3 1 1/3

НИя КатсрОй ПОдКЛЮЧЕНа СИММЕтрИЧНая И (1a+2V2a 2.V2p) (l1a + 2I2a 2 I2p— несимметричная нагрузки и управляемые Д 3 1,/3 рваКтИВНЫЕ СОПрОтИВЛЕНИя (Xaa. Xsc, Xca) 2 оа 2 op) + (1P + 2Ч2Р + 2 Ч2а) > симметро-компенсирующего устройства, /3 1 3 ф" заключающийся в том, что задают требуе- 20 x(1P 2 I2a + 2I2p 2 oI3 — 2 оа) — 0, мые напряжения прямой и обратной после- вырабатывают управляющие воздействия дОВатЕЛЬНОСтЕй (V1 = V1a + JV1p V2 = V2a + На уПраВЛяЕМЫЕ рЕаКтИВНЫЕ СОПратИВЛЕНИя a

Ч2р) на шинах нагРУзки, фоРмиРУют токи согласно выРажвниЯМ

3((V1p+gV2p 2 V2a) (I1a+2 I2a.+ 2 l2p+2 loa+ 2 lop)

1 /3 1 3/3 3 V3

Xаb= 2 2 2 2 2 2 ((/ (a + — Ч2а + — Ч2р ) (l1p — (2а + — I 2р — Ioa + — Ip ) )

1/3 /3 (11а + — (2а + — l2p + — loa + — (ор,(+ (l1p — — l2a + — (2р — loa + — lop)

1 р ., »р — — — — р —, 2 2 2 2 о

Хрр = 3((У!р Урр .l!a !2р УЗ!р У!а У2а ) (11р — !1р +W3laa ))

lss 12s V3!ор) +(1!р — !!3+УЗ 1оа)

3((V1p+ V2a+2V2p) (11а+2 (2а 2 l2p 2 loa+ 2 (ор

3 1 1 3 3 V3 (%a + 2 V2a 2. Ч2Р) (I1P + 2 l2a + 2) 2Р 2!ор loa )) (l1a+2l2a 2 l2p 21оа+2Iop) +(I1p+ 2 2а+2I2p 2 (ор 2 (ор)

1 отличающийся тем. что, с целью метричной нагрузок и питающей системы повышения качества электрической энергии 40 (11c, Ьс),указанное формированиетоков пряи уменьшения номинальной мощности уп-, мой и обратной последовательностей симравляемых реактивных сопротивлений за метро-компенсирующего устройства счет автоматического снижения несиммет- - осуществля(от согласно выражениям рии напряжений до заданного значения и поддержания напряжения прямой последо- gg ° V1 — Ч + ° Ч1

ВатЕЛЬНОСтИ а дОПуСтИМЫХ ПрвдЕЛак Dnpe» 1ску — " Ч (1сн+ 1нн, ДЕЛЯЮт ЭКВИВаЛЕНтНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ 11а = ЯЕ()1ску), 11p = )„) ((1с у), ПИтаЮщвй СИСТЕМЫ 121С, Z2c), ИэмвряЮт На- ° Ч2 — Ч2 + V2 V1>1. пряжения на шинах нагрузки (V1 V2) .геки 2ску 7 + 2с Ч 2сн Ч 2нн (11сн 11нн, 12сн. 12нн) СИММЕтрИЧНОЙ И НОСИМ 50 !2а.= <Е (12ску) 12р = 1п! (12ску) 1651340

Составитель И. Мирошниченко

Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор М, Максим

Заказ 1982 Тираж 339, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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