Способ управления компенсатором отклонения напряжения и реактивной мощности

 

Изобретение может быть использовано в компенсаторах реактивной мощности, имеющих канал коррекции входного коэффициента мощности и выходного напряжения. Технический результат - снижение процента высших гармонических составляющих в выходном напряжении. Способ заключается в управлении инвертором трансформаторно-тиристорного компенсатора реактивной мощности с плавным амплитудно-фазовым регулированием напряжения вольтодобавки. В области малых значений амплитуды напряжения вольтодобавки, когда устройство обеспечивает практически только стабилизацию напряжения нагрузки, инвертор напряжения управляется по 180-градусному алгоритму, а в области больших значений, когда требуются и компенсация отклонений напряжения нагрузки, и компенсация отклонений реактивной мощности сети, применен 150-градусный алгоритм управления. Перевод управления инвертором с одного алгоритма на другой производится плавно или дискретно в дограничном режиме непрерывных токов инвертора напряжения по одному из параметров, которые прямо или косвенно связаны с фазой тока инвертора. Предложено это производить по величине напряжения на входе инвертора. 3 ил.

Изобретение может быть использовано в компенсаторах реактивной мощности, имеющих быстродействующий канал плавной коррекции входного коэффициента мощности и выходного напряжения, выполненный на основе вольтодобавочного трансформатора и тиристорного преобразователя амплитуды и фазы с промежуточным звеном постоянного напряжения. Сущность изобретения: напряжение вольтодобавки, формируемое выпрямителем с фильтром, инвертором напряжения и вольтодобавочным трансформатором, регулируется по амплитуде и по фазе таким образом, что вектор напряжения нагрузки является радиусом заданной окружности. При этом в области малых значений амплитуды напряжения вольтодобавки, когда практически не требуется компенсация реактивной мощности сети и устройство обеспечивает только стабилизацию напряжения нагрузки, инвертор напряжения управляется по 180-градусному алгоритму, а в области больших значений, когда требуется компенсация и отклонений напряжения нагрузки и реактивной мощности сети, применен 150-градусный алгоритм управления. Перевод управления инвертором напряжения с одного алгоритма на другой производится плавно или дискретно в дограничном режиме непрерывных токов инвертора напряжения по одному из параметров, которые прямо или косвенно связаны с фазой между током и напряжением инвертора или с амплитудой напряжения вольтодобавки.

Технический эффект от применения способа заключается в двукратном снижении процента высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения.

Изобретение относится к энергетической электронике и может быть использовано в компенсаторах реактивной мощности для улучшения качества выходного напряжения.

Известен способ управления компенсатором отклонения напряжения и реактивной мощности (Патент N 2056692 РФ, 6 H 02 J 3/18, Бюл. N 8, 1996), содержащий трехфазный вольтодобавочный трансформатор с первичной обмоткой, включенной между сетью и нагрузкой и вторичной обмоткой, соединенной в звезду и через трехфазный инвертор напряжения, фильтр и реверсивный выпрямитель подключенной к сети или нагрузке, заключающийся в том, что измеряют отклонения напряжения на нагрузке и из него формируют первый управляющий сигнал, которым, воздействуя на трехфазный инвертор напряжения, изменяют фазу напряжения на выходе этого инвертора в пределах 0 - π рад в сторону опережения относительно напряжения сети, обеспечивая при этом длительность Θ проводящего состояния тиристоров трехфазного инвертора напряжения, равную π рад (180-градусное управление), а также измеряют реактивную мощность сети и из нее формируют второй управляющий сигнал, которым, воздействуя на реверсивный выпрямитель, изменяют амплитуду выходного напряжения трехфазного инвертора, с ограничением ее минимальной величины, пропорциональной заданному диапазону стабилизации напряжения.

К недостатку способа-прототипа следует отнести большой процент высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения при Θ = π в области больших значений амплитуды напряжения вольтодобавки, когда осуществляются и компенсация отклонений напряжения и компенсация реактивной мощности. В то же время применение алгоритмов управления трехфазным инвертором напряжения с Θ < π рад создает большие перенапряжения из-за возникновения бестоковых интервалов в цепи вторичных фазных обмоток вольтодобавочного трансформатора при работе устройства на активную нагрузку.

Задачей изобретения является улучшение формы выходного напряжения устройства без нарушения режима непрерывного тока инвертора и сохранение низких коммутационных потерь.

Эффект от решения этой задачи заключается в двукратном снижении процента высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что измеряют напряжения на входе трехфазного инвертора напряжения, сравнивают его с напряжением заданного уровня и при превышении этого уровня, корректируя первый управляющий сигнал, сокращают длительность проводящего состояния тиристоров трехфазного инвертора напряжения до 5 π/6 рад, при этом заданный уровень напряжения на входе трехфазного инвертора напряжения выбирают таким, при котором сохраняется непрерывность токов во вторичных фазных обмотках трехфазного вольтодобавочного трансформатора.

Способ управления компенсатором включает операции измерения отклонения напряжения на нагрузке, из него формируют первый управляющий сигнал, а также измеряют реактивную мощность сети и из нее формируют второй управляющий сигнал. Первый управляющий сигнал изменяет фазу в пределах 0 - π рад, а второй - амплитуду первой гармоники напряжения на выходе трехфазного инвертора напряжения с ограничением ее минимальной величины, пропорционально заданному диапазону стабилизации. Трехфазный инвертор напряжения преобразовывает выпрямленное входное или выходное напряжение компенсатора в переменное той же частоты, но с амплитудно-фазовым регулированием в зависимости от первого и второго управляющих сигналов. Напряжение с выхода трехфазного инвертора подается на вторичные обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора и, уменьшаясь им в k_т раз, прибавляется к напряжению сети. В операции способа входит также измерение напряжения на входе трехфазного инвертора напряжения, по которому изменяют длительность проводящего состояния тиристоров трехфазного инвертора напряжения с π на 5 π/6 рад, при превышении этим напряжением заданного уровня, сохраняющего непрерывность токов во вторичных фазных обмотках трехфазного вольтодобавочного трансформатора.

Особенностью принципа построения компенсатора является связь между фазой выходного тока трехфазного инвертора и величиной напряжения на его входе и выходе. Эта особенность положена в основу способа улучшения качества выходного напряжения компенсатора за счет переключения алгоритмов управления трехфазным инвертором напряжения без нарушения режима непрерывного тока.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего способ управления компенсатором отклонения напряжения и реактивной мощности, на фиг.2 - временные диаграммы режимов работы компенсатора, а на фиг.3 приложения приведена функциональная схема переключающего устройства для изменения алгоритма управления инвертором.

Компенсатор (фиг. 1) содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор 1, трехфазный инвертор 2 напряжения с синхронизированной с сетью системой 3 управления, в которой осуществляется формирование первого управляющего сигнала, реверсивный выпрямитель 4 с синхронизированной с напряжением на его входных зажимах системой 5 управления, в которой осуществляется формирование второго сигнала управления, индуктивно-емкостный фильтр 6. Кроме этого, компенсатор содержит датчик 7 реактивной мощности сети с ограничителем 8 минимального уровня напряжения, датчик 9 отклонения напряжения нагрузки, датчик 10 напряжения на входе трехфазного инвертора напряжения, переключающее устройство 11 и нагрузку 12. В состав переключающего устройства (фиг.4) входят компаратор 13, ключ 14 (транзистор) и дополнительный резистор 15 для одновибратора 16.

Первый управляющий вход системы 3 управления трехфазным инвертором 2 напряжения подключен к выходу датчика 9 отклонения напряжения на нагрузке 12, по которому регулируется фаза добавочного напряжения в пределах 0 - π рад, в сторону опережения напряжения сети. Второй управляющий вход системы 3 управления трехфазным инвертором 2 напряжения через переключающее устройство 11 подключен к датчику 10 напряжения на входе трехфазного инвертора 2, по которому переключают алгоритмы управления инвертором. Управляющий вход системы 5 управления реверсивным выпрямителем 4 через ограничитель 8 минимального уровня напряжения подключен к выходу датчика 7 реактивной мощности сети, по величине которой регулируют амплитуду добавочного напряжения.

Компенсатор отклонений напряжения и реактивной мощности (фиг. 1) согласно предложенному способу работает следующим образом.

При малых значениях угла ϕ нагрузки 12 амплитуда напряжения вольтодобавки имеет минимальную величину (фиг.2,б), определяемую заданным диапазоном стабилизации напряжения, и регулируется только по фазе в функции отклонения напряжения на нагрузке 12 от заданного, например номинального, уровня. При этом напряжение на входе трехфазного инвертора 2 напряжения ниже уровня переключения алгоритмов управления инвертором 2 напряжения и он работает также как в прототипе со 180-градусным алгоритмом управления. При увеличении угла ϕ нагрузки 12 увеличивается сигнал с выхода датчика 7 реактивной мощности сети. Это вызывает увеличение напряжения на входе трехфазного инвертора 2 и при превышении им значения, обуславливающего изменение угла нагрузки инвертора в пределах от π/12 до 11π/12 рад, производится изменение длительности Θ проводящего состояния тиристоров трехфазного инвертора напряжения с π на 5π/6 рад (фиг. 2,а) посредством переключающего устройства 11. В качестве переключающего устройства 11 (фиг. 4) может быть применен компаратор 13, который выключает транзистор 14, шунтирующий добавочное сопротивление 15 одновибратора 16, предназначаемого для формирования задержки интервалов проводящего состояния тиристоров на время восстановления их запирающих свойств, и при введении этого добавочного сопротивления увеличивает длительность задержки до π/6 рад сокращая тем самым Θ до 5π/6.

Устройство (фиг. 1), реализующее предложенный способ управления, обеспечивает регулирование напряжения по величине и по фазе изменением углов управления выпрямителем α_в и инвертором α_и. В компенсаторе изменение α_в производится в функции отклонения реактивной мощности сети от нулевого уровня, а изменение угла α_и - в функции отклонения напряжения нагрузки от заданного уровня. Такое автоматическое регулирование обеспечивает стабилизацию напряжения нагрузки и компенсацию реактивной мощности сети независимо от жесткости внешней характеристики сети, а также от величины и характера нагрузки.

Использование способа управления компенсатором позволяет улучшать качество питающей потребителей электроэнергии и снижать потери в линиях электропередач.

Формула изобретения

Способ управления компенсатором отклонений напряжения и реактивной мощности, содержащим трехфазный вольтодобавочный трансформатор с первичной обмоткой, включенной между сетью и нагрузкой, и с вторичной обмоткой, соединенной в звезду и через трехфазный инвертор напряжения, фильтр и реверсивный выпрямитель подключенной к сети или нагрузке, заключающийся в том, что измеряют отклонения напряжения на нагрузке и из него формируют первый управляющий сигнал, которым, воздействуя на трехфазный инвертор напряжения, изменяют фазу напряжения вольтодобавки в пределах 0 - π рад в сторону опережения относительно напряжения сети, обеспечивая при этом длительность проводящего состояния тиристоров трехфазного инвертора напряжения, равную π рад, а также измеряют реактивную мощность сети и из нее формируют второй управляющий сигнал, которым, воздействуя на реверсивный выпрямитель, изменяют амплитуду напряжения вольтодобавки с ограничением ее минимальной величины, определяемой заданным диапазоном стабилизации напряжения, отличающийся тем, что измеряют напряжение на входе трехфазного инвертора напряжения, сравнивают его с напряжением заданного уровня и при превышении этого уровня, корректируя первый управляющий сигнал, сокращают длительность проводящего состояния тиристоров трехфазного инвертора напряжения до 5π/6 рад, при этом заданный уровень напряжения на входе трехфазного инвертора напряжения выбирают таким, при котором сохраняется непрерывность токов во вторичных фазных обмотках трехфазного вольтодобавочного трансформатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3