Стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции со звеном повышенной частоты

 

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике. Сущность изобретения: стабилизатор предназначен для включения на низкой стороне главного трансформатора подстанции. Он содержит два преобразователя частоты ПЧ1, ПЧ2 и включенный между ними высокочастотный понижающий трансформатор. ПЧ1 повышает частоту кратно числу фаз по отношению к частоте сети и выполнен со звеном постоянного тока на базе управляемого выпрямителя и инвертора. ПЧ2 понижает частоту до частоты сети и представляет собой нулевой циклоконвертор с естественной коммутацией. Системы управления инвеpтором и циклоинвертором выполнены с возможностью одновременно опережающего регулирования фазы напряжения вольтодобавки, амплитуда которого регулируется выпрямителем. Стабилизация напряжения производится при одновременном воздействии на системы управления выпрямителем, инвертором и циклоинвертором сигнала отклонения напряжения нагрузки от заданного уровня. 1 ил.

Изобретение относится к электронике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для узкодиапазонного регулирования или стабилизации трехфазного напряжения на низкой стороне трансформаторной подстанции.

Известен стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции (1), который включен в цепь вторичной обмотки главного трансформатора подстанции с нагрузкой и содержит три однофазных четырехобмоточных трансформатора и три однофазных преобразователя с промежуточным звеном постоянного тока, каждый из которых содержит однофазный управляемый выпрямитель и инвертор с синхронизированными с сетью системами управления. Основной недостаток этого устройства большой вес и габариты трансформаторов.

Известен также стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции (2), который взят за прототип. Он по сравнению с предыдущим аналогом имеет улучшенные вес и габариты вследствие того, что суммарная мощность трансформаторного оборудования уменьшена более чем в 4 раза. Стабилизатор включен в цепь нагрузки главного трансформатора подстанции и содержит трехфазный понижающий трансформатор, работающий с частотой, равной частоте сети, а также трехфазные выпрямитель и инвертор с синхронизированными с сетью системами управления.

Однако и это устройство имеет большие вес и габариты трансформаторного оборудования. Это вызвано прежде всего тем, что понижающий трансформатор осуществляет преобразование напряжения инвертора с пониженной частоты, равной частоте сети. Кроме того, при высокой скорости регулирования фазы вольтодобавки трансформатор требует запас по индукции (дополнительного увеличения объема магнитопровода) во избежание одностороннего подмагничивания.

Задачей изобретения является улучшение массо-габаритных показателей понижающего трансформатора при сохранении высоких энергетических показателей и быстродействия.

Задача решается за счет того, что введен нулевой циклоконвертор на однооперационных тиристорах с синхронизированной с сетью системой управления, вход циклоинвертора подключен к соединенной в звезду вторичной обмотке понижающего трансформатора, а его выход в рассечку звезды вторичной обмотки главного трансформатора, подключенной своим другими выводами для подключения нагрузки, при этом управляющие входы систем управления выпрямителем, инвертором и циклоинвертором объединены, система управления инвертором выполнена с возможностью повышения частота выходного напряжения инвертора кратно числу фаз по отношению к частоте сети, а система управления циклоинвертором выполнена с возможностью одновременного с системой управления инвертором опережающего регулирования фаз напряжения вольтодобавки.

На чертеже показан предлагаемый стабилизатор.

Стабилизатор содержит главный трансформатор 1 подстанции с первичной и вторичной обмотками 2 и 3, понижающий высокочастотный трансформатор 4 с первичной и вторичной обмотками 5 и 6, выпрямитель 7 с системой управления 8. инвертор 9 с системой управления 10, нулевой циклоинвертор 11 с системой управления 12, датчик напряжения 13, элемент сравнения 14 и нагрузку 15.

В качестве инвертора 9 в стабилизаторе может быть успешно применен как инвертор напряжения, так и инвертор тока. В первом случае выпрямитель 7 предоставляет собой двухкомплектный реверсивный преобразователь с емкостным фильтром, а во втором однокомплектный с индуктивным фильтром и сильно отрицательной обратной связью по току для обеспечения двухстороннего пропуска энергии через звено постоянного тока между инвертором 9 и выпрямителем 7.

Элементы стабилизатора соединены следующим образом. Вторичная обмотка 3 главного трансформатора 1 включена между выходом циклоконвертора 11 и нагрузкой 15. Первичная обмотка 5 понижающего трансформатора 4 через последовательно соединенные элементы сравнения 14 и датчик напряжения 13 подключены управляющие входы систем управления 8, 10, 12, соответственно выпрямителем 7, инвертором 9 и циклоконвертором 11. Вторичная обмотка 6 понижающего трансформатора 4 подключена к входу циклоконвеpтора 11, а первичная обмотка 2 главного трансформатора 1 подключена к сети.

Стабилизатор работает следующим образом. В режиме вольтодобавки дополнительный поток энергии направляет из сети в нагрузку 15 через главный трансфоpматор 1, выпрямитель 7, инвертор 9, понижающий трансформатор 4 и циклоконвертор 11, а в режиме вольтовычета из нагрузки в сеть в обратном направлении. Перевод устройства из режима вольтодобавки в режим вольтовычета производится одновременным изменением фазы выходного напряжения и инвертора 9 и циклоконвертора 11. Опережающее регулирование фазы вектора добавочного напряжения относительно напряжения сети производится для улучшения входного коэффициента мощности. При этом в процессе регулирования фазы как от 0, так от π к p/2 производится уменьшение амплитуды вектора добавочного напряжения при помощи выпрямителя 7 для улучшения формы выходного напряжения устройства и ослабления подмагничивающего действия на главный трансформатор 1 при быстром регулировании фазы. При таком плавном продольно-поперечном регулировании вектора напряжение вольтодобавки сохраняется единство алгоритма управления как преобразователем с промежуточным звеном постоянного тока на базе выпрямителя 7 и инвертора 9, так и циклоконвертором 11, что положительно сказывается на динамических характеристиках стабилизатора в пусковых и стационарных режимах при переходах из режима веольтодобавки в режим вольтовычета.

В стабилизаторе применен облегченный высокочастотный трехфазный трансформатор 4, который, участвуя в процессе формирования добавочного напряжения, задает требуемый диапазон стабилизации напряжения. В этом же процессе участвуют инвертор 9 и циклоконвертор 11. Инвертор 9 формирует трехфазное напряжение повышенной частоты, кратной числу фаз по отношению к напряжению сети, например 450 Гц. Это напряжение понижается трансформатором 4 и подается на вход циклоконвертора 11, выполненного по нулевой схеме на трех анодных и трех катодных группах управляющих вентилей. Внутри каждой группы управляемых вентилей коммутация происходит естественным путем за счет питания вентильных групп периодически изменяющимся с высокой частотой напряжением, снимаемым с вторичной обмотки 6 понижающего трансформатора 4, а формирования напряжения вольтодобавки на выходе циклоконвертора 11 с частотой, равной частоте сети производится изменением длительности работы каждой вентильной группы в выпрямительном инверторном режимах при помощи синхронизированной с сетью системы управления 12.

Стабилизация напряжения на нагрузке производится следующим образом. При увеличении напряжения на входе и соответственно увеличении напряжения на выходе стабилизатора увеличивается сигнал на выходе датчика 13 напряжения нагрузки 15, что приводит к уменьшению сигнала на выходе элемента 14 сравнения, равного разности между напряжением задачи и напряжением обратной связи. Уменьшение разностного сигнала приводит к увеличению фазы добавочного напряжения как в режиме вольтодобавки, так и в режиме вольтовычета, а также к уменьшению в режиме вольтодобавки и к увеличению в режиме вольтовычета напряжения на выходе выпрямителя 7 и амплитуды вектора добавочного напряжения на выходе циклоконвертора 11. Изменение фазы добавочного напряжения производится в результате подачи разностного сигнала на управляющие входы систем управления 10 и 12 соответственно инвертором и циклоконвертором 11, а изменение его амплитуды за счет подачи разностного сигнала на управляющий вход системы управления 8 выпрямителем 7.

Вышеуказанное изменение амплитуды и фазы добавочного напряжения при его суммировании с напряжением на вторичной обмотке 3 главного трансформатора 1 приводит к уменьшению напряжения на выходе стабилизатора до требуемого уровня. Аналогично происходит работа стабилизатора и при снижении напряжения на входе ниже требуемого уровня.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции со звеном повышенной частоты, включенный на низкой стороне главного трансформатора подстанции и содержащий выпрямитель и инвертор с синхронизированными с сетью системами управления, понижающий трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и через последовательно соединенные инвертор и выпрямитель подключенной к выводам для подключения нагрузки, к которым также подключен вход датчика напряжения, выход которого через элемент сравнения подключен к управляющему входу системы управления инвертора, выполненной с возможностью регулирования фазы напряжения вольтодобавки в сторону опережения относительно напряжения сети, отличающийся тем, что введен нулевой циклоконвертор на однооперационных тиристорах с синхронизированной сетью системой управления, вход циклоконвертора подключен к соединенной в звезду вторичной обмотке понижающего трансформатора, а его выход в рассечку звезды вторичной обмотки главного трансформатора, подключенной своими другими выводами к выводам для подключения нагрузки, при этом управляющие входы систем управления выпрямителем, инвертором и циклоконвертором объединены, система управления инвертором выполнена с возможностью повышения частоты выходного напряжения инвертора кратно числу фаз по отношению к частоте сети, а система управления циклоконвертором выполнена с возможностью одновременного с системой управления инвертором опережающего регулирования фазы напряжения вольтодобавки.

РИСУНКИ

Рисунок 1