Способ мгновенного генерирования компенсационного тока в питающую сеть

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам компенсации неактивных составляющих мощности, и может быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими ток и напряжение нагрузками. Технический результат заключается в повышении эффективности передачи и потребления электроэнергии при резкопеременных нагрузках. Измеряют мгновенные значения тока потребителя и мгновенные значения напряжения в узле сети, определяют их интегралы, активную мощность потребителя и действующее значение напряжения в узле сети. Затем вычисляют величины частного от деления интеграла тока потребителя на емкость конденсатора и частного от деления интеграла напряжения сети, предварительно умноженного на величину активной мощности потребителя, на емкость конденсатора, предварительно умноженную на квадрат действующего значения напряжения в узле сети. Находят разность полученных величин и к результату прибавляют мгновенное значение напряжения в узле сети. Определенное таким образом напряжение прикладывают к конденсатору, подключенному к узлу питающей сети, чем достигается мгновенное генерирование требуемого компенсационного тока в питающую сеть. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам компенсации неактивных составляющих мощности, и может быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими ток и напряжение нагрузками для повышения эффективности передачи и потребления электроэнергии.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ, описанный в книге Джюджи Л., Пелли Б. "Силовые полупроводниковые преобразователи частоты", М., Энергоатомиздат, 1983, с.361-369, в котором измеряют мгновенные значения напряжения в узле питающей сети и получают ток компенсации за счет регулирования амплитуды синусоидального напряжения источника, присоединенного к питающей сети.

Недостатком данного способа является низкое быстродействие, вызванное большой постоянной времени реактора, что не позволяет эффективно использовать способ при резкопеременных нагрузках.

Сущность изобретения заключается в том, что измеряют мгновенные значения тока потребителя и мгновенные значения напряжения в узле сети, определяют их интегралы, активную мощность потребителя и действующее значение напряжения в узле сети. Затем вычисляют величины частного от деления интеграла тока потребителя на емкость конденсатора и частного от деления интеграла напряжения сети, предварительно умноженного на величину активной мощности потребителя, на емкость конденсатора, предварительно умноженную на квадрат действующего значения напряжения в узле сети. Находят разность полученных величин и к результату прибавляют мгновенное значение напряжения в узле сети. Определенное таким образом напряжение прикладывают к конденсатору, подключенному к узлу питающей сети, чем достигается мгновенное генерирование требуемого компенсационного тока в питающую сеть.

На чертеже приведена эквивалентная схема, поясняющая принцип генерирования компенсационного тока в питающую сеть.

Эквивалентная схема содержит компенсационный источник напряжения 1, эквивалентный источник напряжения питающей сети 3 и конденсатор 2, включенный между ними.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа для напряжений в такой цепи справедливо следующее уравнение: u_к(t)=u_c(t)-u_вых(t), (1) где u_к(t) - мгновенное значение напряжения, приложенного к конденсатору; u_c(t) - мгновенное значение напряжения питающей сети; u_вых(1) - мгновенное значение напряжения компенсационного источника.

Полная компенсация неактивных составляющих тока потребителя может быть осуществлена при условии i_к(t)=-i_П(t), (2) где i_П(t) - мгновенное значение пассивной составляющей тока потребителя; i_к - мгновенное значение компенсационного тока. Пассивная составляющая тока потребителя может быть вычислена (см. Демирчян К.С. "Реактивная мощность на случай несинусоидальных функций. Ортомощность //Изв. РАН. Энергетика, 1992, 1, с.15-38) по: где i_н(t) - мгновенное значение тока потребителя; Р_н - активная мощность потребителя; U_д.с - действующее значение напряжения питающей сети. В свою очередь компенсационный ток, как ток, протекающий через конденсатор, определяется по: где С - емкость конденсатора.

Подставим (3) и (4) в (2), тогда

Подстановка (1) в (5) и запись полученного выражения относительно u_вых приведет к

Полученное таким образом напряжение компенсационного источника, приложенное к конденсатору, подключенному к питающей сети, обеспечивает мгновенное генерирование требуемого компенсационного тока в питающую сеть.

В предлагаемом способе достигается широкий диапазон регулирования компенсационного тока при быстрой реакции на изменение импеданса потребителя. Кроме того, достигается полная компенсация неактивных составляющих тока потребителя, что позволяет отказаться от фильтрующих устройств, подключаемых к узлу питающей сети, даже при несинусоидальном токе потребителя.

Способ может быть выполнен, например, следующим образом.

Датчики тока и напряжения измеряют мгновенные значения тока потребителя и напряжения питающей сети соответственно. Измеренные сигналы поступают на вход вычислительного устройства, которое вычисляет мгновенные значения напряжения компенсационного источника в соответствии с формулой

и выдает сигнал, соответствующий вычисленным значениям на широтно-импульсный модулятор. Широтно-импульсный модулятор управляет работой инвертора напряжения, подключенного к питающей сети и нагрузке через конденсатор, и осуществляет мгновенное генерирование в питающую сеть требуемого компенсационного тока.

Формула изобретения

Способ мгновенного генерирования компенсационного тока в питающую сеть, соединенную с потребителем и с компенсационным источником напряжения, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока потребителя и мгновенные значения напряжения питающей сети и путем приложения напряжения компенсационного источника генерируют в питающую сеть ток компенсации, отличающийся тем, что питающую сеть соединяют с компенсационным источником через конденсатор, а значение напряжения компенсационного источника вычисляют по формуле

где u_вых(t) - мгновенное значение напряжения компенсационного источника;

С - емкость конденсатора;

i_н(t) - мгновенное значение тока потребителя;

u_с(t) - мгновенное значение напряжения питающей сети;

Р_н - активная мощность потребителя;

U_д.с. - действующее значение напряжения питающей сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1