Способ управления симметризатором трехфазной четырехпроводной сети

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в симметрично-компенсирующих устройствах, предназначенных для симметрирования токов и компенсации реактивной мощности, в общем случае несимметричной нагрузки четырехпроводной трехфазной сети. Цель изобретения - обеспечение минимальной суммарной установленной реактивной мощности симметризатора. На выходах датчика 1 приращений проводимостей образуются шесть напряжений, уровни которых определяют проводимости элементов симметризатора 19, необходимые для симметрирования токов нагрузки. Компаратор 11 производит сравнение уровней входных сигналов и формирует на выходе сигнал в интервале между третьим и четвертым уровнями входных сигналов. С помощью сумматоров 2-10 и усилителей 13-18 производится окончательное формирование сигналов управления симметризатора для симметрирования и компенсации реактивной мощности. 1 ил.'СОс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК (я)з Н 02 J 3/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4748012/07 (22) 11.10.89 (46) 23.02.92. Бюл. N 7 (72).M.ß. Минц и В.Н, Чинков (53) 621.313.322(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 905941, кл. Н 02 J 3/26, 1980, Авторское свидетельство СССР

М 1037377, кл. Н 02 J 3/26, 1982.

Авторское свидетельство СССР

1Ф 961043, кл. Н 02 J 3/26, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N 1259408, кл. Н 02 J 3/26, 1983. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИММЕТРИЗАТОРОМ TPЕХФАЗНОЙ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ СЕТИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в симметрично-компенсирующих устройствах, предназначенных для симметрирования тоИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в симметрокомпенсирующих устройствах (СКУ), предназначенных для симметрирования токов и компенсации реактивной мощности, в общем случае несимметричной нагрузки четырехпроводной трехфазной сети.

Известен способ управления симметрирующим устройством, заключающийся в автоматическом регулировании проводимостей трехзлементного симметризатора путем воздействия на него трех управляющих сигналов, пропорциональных

БЫ 1714746 А1 ков и компенсации реактивной мощности, в общем случае несимметричной нагрузки четырехпроводной трехфазной сети. Цель изобретения — обеспечение минимальной суммарной установленной реактивной мощности симметризатора, На выходах датчика

1 приращений проводимостей образуются шесть напряжений, уровни которых определяют проводимости элементов симметризатора 19, необходимые для симметрирования токов нагрузки. Компаратор 11 производит сравнение уровней входных сигналов и формирует на выходе сигнал в интервале между третьим и четвертым уровнями входных сигналов. С помощью сумматоров 2-10 и усилителей 13 — 18 производится окончательное формирование сиг. налов управления симметризатора для симметрирования и компенсации реактивной мощности. 1 ил. фь активным проводимостям (или токам) нагрузок всех трех фаз, ф

Известен также способ управления сим- СЬ

- метризатором трехфазной четырехпроводнои сети, состоящим ив шести реактивных );И элементов, три из которых соединены в звезду, а три других — в треугольник, заключающийся в формировании шести ийформативных сигналов, пропорциональных приращениям проводимостей элементов симметризатора Ь.bI (индекс i принимает значения А, В,C ). соединенных в звезду, и Ь Ьк (индекс k принимает значение АВ,ВС,СА). соединенных в треугольник, а также трех сигна1

1714746 лов, пропорциональных проводимостям щ= 3 Л b + bo, где Ьо — заданная проводимость симметричной части симметризатора, при этом информативные сигналы формируют по активным и реактивным 5 мощностям фаз, Однако этот способ не обеспечивает минимальной суммарной установленной реактивной мощнЬсти симметризатора, что приводит к неоптимальным эксплуатацион- 10 ным режимам работы СКУ, а все это связано с дополнительными экономическими поте-, рями.

К прототипам могут быть отнесены любые другие способы управления симметри- 15 затором трехфазной четырехпроводной сети, в которых общим признаком является операция формирования шести управляющих сигналов, пропорциональных приращениям проводимостей симметриээторэ, 20 независимо от того, по каким первичным информативным параметрам оно осуществляется (токам, симметричным составляющим токов или мощностям трехфазной сети). 25

Цель изобретения — обеспечение минимальной суммарной установленной реактивной мощности симметризатора, Сущность предлагаемого способа заключается в следующем, 30

Запишем выражение для суммарной по модулю реактивной мощности симметриэатора а- U (т1ЛЬ+Ь. !+ 13ЛЬ +зь.), (1) где U — действующее значение фазного на- 35 пряжения; и

bo Ьо — проводимости симметричной части симметризатора, соединенные в звезду и треугольник соответственно;

ЬЬ1, ЬЬ вЂ” приращения указанных про- 40 водимостей, при этом индекс принимает значения А, B,,С, а индекс к — значения АВ, ВС, CA.

Проводимости симметризатооа

Ь1- Abl+ bp, Ьк = AbP+ Ьо . (2) 45

Задача оптимизации сводится к опреде/ и лению величин Ьо и Ьо, обеспечивающих минимум величине Q при дополнительных условиях

Xh,Ь1- 2- Abl,=O;

1, к

bo=Ьо+ЗЬо= (٠Π— tg У), (3)

30 где Р— активная мощность трехфазной се-. ти;

Π— действующее значение. фазного на- пряжения;

cos p, cos Π— действительный и заданный коэффициенты мощности трехфазной сети.

Выражение (1) запишем в виде

У = 4 — боl +Pgl — Ьоl, (4) где Ьо + 3b"о = Ьо 1

ЬЬ= — ф;

3ЬЬк+Ь =ярк:

=У

Q ц2 (5)

Причем

2. ф=О; ! (б) K.ys =3Ьо к

Задачу оптимизации решим для двух возможных случаев:

1. Параметры нагрузки. а следовательно, величины. ф, д< известны.

2. Параметры нагрузки неизвестны, но заданы интервалы их изменения, т.е. известна только область, в которой находятся параметры ((и 1 к . 1ф!» э1, IT)< bp l » 82, причем величины а1 и а2 определяются, как видно из соотношений (2) и (5). несимметрией в проводимостях нагрузки; а1 =

= п1ах!ЛЬll; э2 = 3max I ЛЬ I. При симметричной нагрузке а1 = э2 = О.

Решение задачи оптимизации для первого случая сводится к определению значения Ьо, при котором функция у имеет минимум, т.е. к нахождению уп1,. Анализ

J выражения (4) и производной dy/dip показывает, что y>t> достигается, когда значение

bp находится между третьей и четвертой в порядке возрастания величинами ф, q<. В этом интервале можно взять любое значе> ние bo, в том числе и на границах интервалаб причем если выбрать Ьо совпадающим .1 с одной из граничных точек Ьо =ф или

Ьо = rp< ), то обратится в нуль один иэ элементов симметризатора (звезды или треугольника соответственно) и симметризатор может быть выполнен пятиэлементным.

Решение задачи оптимизации для второго случая сводится к минимизации установленной реактивной мощности симметризатора для наиболее неблагоприятного сочетания нагрузок. Для ее решения необходимо вначале определить максимум функцйи у (гпах у) при фиксированном знаI чении Ьо и меняющихся величинах ф, rp< в указанных выше пределах. Затем полученную функцию max у минизировать по пара1 метру Ьо, т.е. определить

ypp = min аах У = min (21+ Z2) ° (7)

{Ьо } {ф, gk) {b o} где Z1=а1+2 1 Ь о I+ I а1 — I b, I I;

Z2 - а2 + 2 I bo — Ьо I + I а2 — Ьо — Ьо !l.

Задача оптимизации состоит в нахожде1 нии параметра bp, обеспечивающего мини1714746 мум величине (Z1+ Zz) при заданных значениях величин а1, аг и bp; определяемых параметрами нагрузки. Так как функции Z>,: Z2 и, следовательно, их суммарная функция Z.—.

= Zi + Zz являются кусочно-линейными, то 5

) производная бЕ/бЬо — кусочно-постоянная функция. Поэтому оптимальное значение

l параметра Ьо определяется либо точкой; в которой производная dZ/dbo меняет знак с отрицательного на положительный; либо 10 областью, в которой производная равна нулю. Окончательные выражения, позволяющие определить оптимальные значения величин Ьоопт и уопт для различных интервалов измерения параметра bo, приведены в таблице.

В случае меняющейся нагрузки требуется шестиэлементная схема симметризатора, причем оптимальный симметризатор с однородными проводимостями, индуктив- 20 ными или емкостными, можно получить только при условии I Ьо I а1+ аз, а именно при Ьо > 0 получают число индуктивный симметризатор, а при bo < 0 — чисто емкостный симметризатор. 25

Таким образом, основным отличием изобретения от протипа является то, что в

) и нем проводимости Ьо и bo выбираются оптимальным образом (a прототипе ими зада- 30 ются произвольно, но так, чтобы

1 I! выполнялось условие Ьо + ЗЬо = Ьо, что не обеспечивает минимазации суммарной установленной реактивной мощности симметризатора). Для этого в изобретении шесть 35 управляющих сигналов ф и qk, формируемых аналогично прототипу, ранжируют по возрастанию уровней этих сигналов и по ним находят оптимальное значение прово) димости Ьо симметричной части симметри- 40 затора, соединенной в звезцу, а по этому значению проводимости Ьо и суммарной проводимости bo, определяемой заданным коэффициентом мощности трехфазной сети по формуле (3), находят значение проводи- 45 ! мости Ьо симметричной части симметризатора, соединенной в треугольник, из и выражения Ьо- = Ьо — Ьо /3. Затем по сигнаи лам проводимостей bp и Ь и сигналам приращений проводимостей ЬЬь ЛЬкфор- 50 мируют шесть управляющих сигналов элементами симметризатора в соответствии с равенствами (2).

На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего предлага- 55 емый способ.

Устройство содержит датчик 1 приращений проводимостей, блоки 2 — 10 суммирования, компаратор 11, блок 12 разности, линейные усилители 13 — 18 и симметриэатор

19, Датчик 1 приращений проводимостей подключен к трехфазной сети, три его выхода, первый, второй и третий, соединены с первыми входами блоков 2 — 4 суммирования, вторые входы которых объединены между собой и с входом суммирования блока 12 разности в одну точку, на которую подается постоянное напряжение Uо, пропорциональное проводимости bo, определяемой по формуле (4) по заданному коэффициенту мощности сети. Выходы блоков 2 — 4 суммирования подключены к трем точкам, каждая из которых обьединяет соответственно первый, второй и третий входы компаратора 11 и первые входы блоков 5-7 суммирования, вторые входы которых обьединены между собой и подключены к выходу блока 12 разности. Три других выхода датчика 1, четвертый, пятый и шестой, подключены к трем точкам, каждая из которых обьединяет соответственно четвертый, пятый и шестой входы компаратора 1,1 и первые входы блоков 8-10 суммирования, вторые входы которых обьединены между собой и с входом вычитания блока 12 разности в одну точку, подключенную к выходу компаратора 11, Выходы блоков 5-10 суммирования соединены через линейные усилители 13 — 18 с входами симметризатора 19.

Устройство работает следующим образом.

На выходах датчика 1 приращений проводимостей образуется шесть постоянных напряжений, уровни которых пропорциональны приращениям проводимостей Ь Ьк и Л Ьь Напряжения, пропорциональные приращениям проводимостей Ь bk, с первого, второго и третьего выходов датчика 1 поступают на первые входы блоков 2-4 суммирования соответственно. На вторые входы этих блоков суммирования и вход суммирования блока 12 разности подается постоянное, строго заданное напряжение

Uo, пропорциональное проводимости bo, заранее рассчитанной по требуемому коэффициенту мощности cos rp. На выходах блоков

2 — 4 суммирования образуются постоянные напряжения, пропорциональные проводимостям. rp< = 3 ЛЬк+ bo, которые поступают

) на компаратор,11 по первому, второму и ., третьему его входам и на первые входы блоков 5 — 7 суммирования.

Напряжения, пропорциональные проводимостям Л Ьь с четвертого, пятого и шестого выходов датчика 1 приращений проводимостей подаются соответственно на четвертый, пятый и шестой входы компа1714746

Значение Ь 1 Значение у „т опт

Значение bo

Оаь а, sf< Ь, а

-Ьо+2(a е + a )

Ь + 2(а + а ) o — ЬО,„т Ь

0 ЬО втс.а» ( (Ьб - а< Ьовдт а, 1 а fc Ьо Cbo — а а аЬ аа, +а . Ь + 2(а + а ) ЗЬ, Ьб а, + а ратора 11 и на первые входы блоков 8- 10 суммирования;

-:Компаратор 11 по сигналу "Пуск", задаваемому либо от внешнего, либо от.внутреннего тактового генератора, производит 5 сравнение уровней входных сигналов, пропорциональных проводимостям ф, у< и, формирует на своем выходе постоянное напряжение, пропорциональное проводимости bo. Это напряжение подается на вход 10 вычитания блока 12 разности и на объединенные вторые входы блоков 8-10 суммирования. На выходе блока 12 разности образуется напряжение, пропорциональФ ное проводимости Ьо (Ьс —. bo)/3, которое 15 . поступает на вторые входы блоков 5-7 суммирования. На выходах блоков 5;7 суммиро- вания образуотся напряжения, пройорциональные пРоводимостЯм bt- =Ьbf+bo, а на выходах блоков -10 суммирования — напряже- 20 ния; пропорциональные проводимостям Ьь

Ь bi< + Ьо. Напряжения с выходов блоков

5-10 суммирования подаются через линейные усилители 13-18 на симметризатор 19, в котором производится изменение пара- 25 метров реактивных элементов, обеспечивающее симметрирование токов и поддержание требуемого коэффициента мощности, втомчисле cos ф-1,т,е. полную компенсацию реактивной мощности. 30

Формула изобретения

Способ управления симметризатором трехфазной четырехпроводной сети, состоящим из шести реактивных элементов, три 35 из которых соединены в.звезду, а три других в треугольник, заключающийся в формировании шести информативным сигналов, пропорциональных приращениям проводимостей элементов симметризатора Ь bi (индекс I принимает значения А, В, С, соединенных в звезду, и Ь Ь» (индекс k принимает значения АВ, ВС. CA), соединенных в треугольник, а также трех сигналов, пропорциональных проводимостям -=3 М+ Ьо, где Ь вЂ” заданная проводимость симметричной части симметризатора, определяемая требуемым коэффициентом мощности сети, отличающийся тем, что. с целью обеспечения минимальной суммарной установленной реактивной мощности симметризатора, указанные шесть сигналов ф = — Ьbi, д< сравнивают между собой по уровню и располагают их в порядке возрастания уровней, выделяют интервал между третьим и четвертым уровнями сигналов и в качестве значения проводимости bo симметричной части симметризатора. соединенной в звезду, выбирают любое из значений, расположенных в укаэанном интервале, включая оба граничных значения, по сигналам, пропорциональным проводимостям bo и Ю о, формируя сигнал, пропорциональный проводимости . bo симметричной части симметризатора, соединенной в треугольник, в соответствии с равенством.be (Ьо — bo)/3, а затем формируют шесть управляющих сигналов элементами симметризатора, пропорциональных проводимостям !

Ь! = АЬ|+.bo.. и

Ь» ЛЬ»+ boo, 1714746

Составитель В..Чинков

Редактор Т.Иванова Техред M .Ìîðãåíòàë Корректор H,Король

Заказ 701 Тираж 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