Устройство для пофазной стабилизации напряжения трансформаторной подстанции со звеном повышенной частоты

 

Предложено устройство для пофазной стабилизации напряжения трансформаторной подстанции со звеном повышенной частоты, которое обладает улучшенными энергетическими и массогабаритными показателями по сравнению с известными из уровня техники. Устройство предназначено для включения на низкой стороне главного трансформатора подстанции. Оно 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 напряжения на базе управляемого выпрямителя и инвертора. ПЧ2 понижает частоту до частоты сети и представляет собой нулевой циклоконвертор с естественной коммутацией. Система управления выпрямителем выполнена с возможностью регулирования амплитуды напряжения вольтодобавки в области больших отклонений напряжения на нагрузке. Фазные каналы системы управления циклоконвертором выполнены с возможностью изменения напряжения вольтодобавки в каждой фазе отдельно во всем диапазоне отклонения фазных напряжений нагрузки. Стабилизация напряжения производится при воздействии на систему управления выпрямителем сигнала отклонения среднего трехфазного напряжения нагрузки от заданного уровня и на систему управления циклоконвертором сигнала отклонения фазных напряжений от заданного уровня. Система управления инвертором выполнена с возможностью повышения частоты выходного напряжения инвертора кратно числу фаз по отношению к частоте сети. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, 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 напряжения, каждый из которых содержит однофазный управляемый выпрямитель и инвертор с синхронизированными с сетью системами управления.

Основной недостаток этого устройства - большие 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 частотой, равной частоте сети. Кроме того, при высокой скорости регулирования фазы вольтодобавки трансформатор требует запаса по индукции (дополнительное увеличение объема магнитопровода) во избежание одностороннего подмагничивания.

Задачей изобретения является улучшение массогабаритных показателей понижающего трансформатора при сохранении высоких энергетических показателей и быстродействия, а также функциональных возможностей.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что введен нулевой циклоконвертор на однооперационных тиристорах с синхронизированными с сетью и инвертором фазными каналами системы управления, предназначенными для изменения угла задержки включения соответствующих фазных анодных и катодных тиристорных групп, а их управляющие входы подключены к соответствующим датчикам отклонения фазных напряжений нагрузки от номинального значения, 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 управляющий вход системы управления выпрямителем присоединен к выходу датчика среднего отклонения трехфазного напряжения нагрузки от номинального значения, система управления инвертором выполнена с возможностью повышения частоты выходного напряжения инвертора кратно числу фаз по отношению к частоте сети, а система управления циклоконвертором - с возможностью понижения частоты до частоты сети и независимого пофазного регулирования его выходного напряжения, а также нулевой провод вторичной обмотки понижающего трансформатора подключен к нулевому проводу нагрузки.

Устройство (см. чертеж) содержит главный трансформатор 1 с первичной и вторичной обмотками 2 и 3, понижающий трансформатор 4 с первичной и вторичной обмотками 5 и 6, выпрямитель 7 с системой управления 8, фильтр 9, инвертор 10 с системой управления 11, циклоконвертор 12 с фазными каналами системы управления 13, 14, 15, датчик среднего отклонения трехфазного напряжения 16, датчики отклонения фазных напряжений 17, 18, 19, блок синхронизации 20 и нагрузку 21.

В качестве инвертора 10 в устройстве может быть успешно применен как инвертор напряжения, так и инвертор тока. В первом случае выпрямитель 7 представляет собой двухкомплектный реверсивный преобразователь с емкостным фильтром, а во втором - однокомплектный с индуктивным фильтром и резко отрицательной обратной связью по току для обеспечения двустороннего пропуска энергии через звено постоянного тока между инвертором 10 и выпрямителем 7.

Элементы устройства соединены следующим образом.

Вторичная обмотка 3 главного трансформатора 1 включена между выходом циклоконвертора 12 и нагрузкой 21. Первичная обмотка 5 понижающего трансформатора 4 через последовательно соединенные инвертор 10, фильтр 9 и выпрямитель 7 подключена к вторичной обмотке 3 главного трансформатора 1. Вторичная обмотка 6 понижающего трансформатора 4 подключена к входу циклоконвертора 12, первичная обмотка 2 главного трансформатора 1 подключена к сети. Управляющие входы фазных каналов системы управления циклоконвертором 13, 14, 15 подключены к датчикам отклонений фазных напряжений 19, 18, 17 соответственно, которые подключены к вторичной обмотке 3 главного трансформатора 1. Управляющие входы систем управления выпрямителем 8 и инвертором 11 подключены к выходу датчика отклонения трехфазного напряжения 16, входы которого подключены к вторичной обмотке 3 главного трансформатора 1. Входы синхронизации с сетью системы управления выпрямителем 8, системы управления инвертором 11, а также фазных каналов системы управления циклоконвертором 13, 14, 15 подключены к выходам блока синхронизации 20, входы которого подключены к вторичной обмотке 3 главного трансформатора 1. Входы синхронизации с инвертором 10 фазных каналов системы управления циклоконвертором 13, 14, 15 объединены и подключены к выходу синхронизации системы управления инвертором 11. Нулевая точка нагрузки 21 и нулевая точка вторичной обмотки 6 понижающего трансформатора 4 соединены.

Устройство работает следующим образом.

В режиме вольтодобавки дополнительный поток энергии направляется из сети в нагрузку 21 через главный трансформатор 1, выпрямитель 7, фильтр 9, инвертор 10, понижающий трансформатор 4 и циклоконвертор 12, а в режиме вольтовычета из нагрузки в сеть в обратном направлении.

Пофазный перевод устройства из режима вольтодобавки в режим вольтовычета производится увеличением угла задержки включения соответствующих фазных анодных и катодных групп циклоконвертора 12 на величину, большую половины полупериода высокочастотного напряжения.

В устройстве применен облегченный высокочастотный трансформатор 4, который, участвуя в процессе формирования добавочного напряжения, задает требуемый диапазон стабилизации напряжения. В этом же процессе участвуют инвертор 10 и циклоконвертор 12. Инвертор 10 формирует трехфазное напряжение повышенной частоты, кратной числу фаз по отношению к сети, например 450 Гц. Это напряжение понижается трансформатором 4 и подается на вход циклоконвертора 12, выполненного по нулевой схеме на трех анодных и трех катодных группах управляемых 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 формирование регулируемого напряжения вольтодобавки на выходе циклоконвертора 12 с частотой, равной частоте сети, производится изменением длительности работы каждой вентильной группы в выпрямительном и инверторном режимах в зависимости от рассогласования фазных напряжений нагрузки при помощи фазных каналов 13, 14, 15 системы управления циклоконвертором 12.

Стабилизация напряжения во всех фазах нагрузки производится совместным действием как выпрямителя 7 во всех фазах, так и фазными каналами циклоконвертора 12. Возможность раздельного регулирования позволяет осуществлять симметрирование при несимметрии напряжения сети токов нагрузки.

Так, для случая асимметрии напряжения такой, когда среднее отклонение трехфазного напряжения равно нулю и в фазе A напряжение не изменилось, в фазе B увеличилось, а в фазе C уменьшилось от номинального уровня, вступает в действие канал циклоконвертора 12 фазы B, увеличивая угол включения соответствующих фазных анодных и катодных вентильных групп, уменьшая тем самым фазное напряжение B, а канал циклоконвертора 12 фазы C уменьшает угол задержки включения соответствующих фазных анодных и катодных вентильных групп, увеличивая фазное напряжение C. При этом возникает среднее отклонение трехфазного напряжения от номинального уровня, которое компенсируется посредством выпрямителя 7.

Возможны и другие варианты асимметрии, которые устройство отрабатывает совместным действием как выпрямителя 7, осуществляя компенсацию отклонения среднего значения трехфазного напряжения от номинального уровня во всех фазах, так и каналами циклоконвертора 12, производя стабилизацию в каждой фазе отдельно.

Источники информации 1. Авт. свид. N 322836, H 02 M 5/7, 1970 2. Авт. свид. N 1636833, H 02 M 5/45, G 05 F 1/30, 1990 - прототип.

Формула изобретения

Устройство по пофазной стабилизации напряжения трансформаторной подстанции со звеном повышенной частоты, включенное на низкой стороне главного трансформатора и содержащее преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения, в состав которого входят выпрямитель, фильтр и инвертор с синхронизированными с сетью системами управления, а также понижающий трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и через преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения подключенной к выводам для подключения нагрузки, к которым также подключен вход датчика среднего отклонения трехфазного напряжения от номинального значения, отличающееся тем, что введен нулевой циклоконвертор на однооперационных тиристорах с синхронизированными с сетью и инвертором фазными каналами системы управления, предназначенными для изменения угла задержки включения соответствующих фазных анодных и катодных тиристорных групп, а их управляющие входы подключены к соответствующим датчикам отклонения фазных напряжений нагрузки от номинального значения, 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 управляющий вход системы управления выпрямителем присоединен к выходу датчика среднего отклонения трехфазного напряжения нагрузки от номинального значения, система управления инвертором выполнена с возможностью повышения частоты выходного напряжения инвертора кратно числу фаз по отношению к частоте сети, а система управления циклоконвертором - с возможностью понижения частоты до частоты сети и независимого пофазного регулирования его выходного напряжения, а также нулевой провод вторичной обмотки понижающего трансформатора подключен к нулевому проводу нагрузки.

РИСУНКИ

Рисунок 1