Преобразовательная подстанция

Авторы патента:

H02M7/04 - с помощью статических преобразователей

Владельцы патента RU 2276830:

Савелкова Елена Валентиновна (RU)

Изобретение относится к электротехнике, в частности к мощным многофазным преобразовательным подстанциям, рассчитанным на токи до нескольких сотен килоампер, что имеет место в алюминиевой промышленности. Изобретением обеспечивается технический результат создания преобразовательной подстанции, лишенной отмеченных выше недостатков, характеризующейся улучшенным токораспределением между параллельно работающими преобразователями, повышенными пропускной мощностью и к.п.д., а также более высокой эксплуатационной надежностью. Для достижения технического результата в преобразовательной подстанции, содержащей, по меньшей мере, один силовой понизительный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения расщеплена на две части; n преобразователей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а также, по меньшей мере, одну обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, причем количество исполнений преобразователей по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразовательного трансформатора равно двум; преобразовательные трансформаторы k преобразователей соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, а преобразовательные трансформаторы остальных (n-k) преобразовательных трансформаторов соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, предложено, согласно настоящему изобретению, каждый из k преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых подключены к одной части обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, выполнить в одном исполнении по абсолютной величине угла фазового сдвига, а каждый из (n-k) преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых подключены к другой части обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, выполнить в другом исполнении по абсолютной величине угла фазового сдвига, где n и k - количество преобразователей, 4≤n≤16, 2≤k≤8. 1 ил.

Известна преобразовательная подстанция, содержащая силовой понизительный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения расщеплена на две части; n преобразователей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а также, по меньшей мере, одну обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжений вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, причем количество исполнений преобразователей по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразовательного трансформатора равно двум; преобразовательные трансформаторы k преобразователей соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, а преобразовательные трансформаторы остальных (n-k) преобразователей соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора; при этом как среди k преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, так и среди (n-k) преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, имеются преобразователи как первого, так и второго исполнения [1].

Описанная в [1] преобразовательная подстанция имеет повышенную эквивалентную фазность выпрямления, в идеальном случае в четыре раза превышающую фазность выпрямления единичного преобразователя. Однако несмотря на повышенную фазность выход высших гармоник в питающую сеть значителен, так как параллельное соединение преобразователей с разными углами фазового сдвига приводит к неравномерности токовой загрузки между преобразователями и появлению в напряжении питающей сети несвойственных для идеальной многофазной системы высших гармоник. Неравномерность в токовой загрузке преобразователей приводит также к необходимости снижения общего тока преобразовательной подстанции. При этом одни преобразователи работают на полную свою загрузку, а другие остаются недозагруженными. Дополнительно указанная неравномерность распределения тока между преобразователями приводит к увеличению потерь электроэнергии и, соответственно, к снижению к.п.д. и надежности преобразовательной подстанции.

Изобретением решается задача создания преобразовательной подстанции, лишенной отмеченных выше недостатков, характеризующейся улучшенным токораспределением между параллельно работающими преобразователями, повышенными пропускной мощностью и к.п.д., а также более высокой эксплуатационной надежностью.

Для решения поставленной задачи в преобразовательной подстанции, содержащей, по меньшей мере, один силовой понизительный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения расщеплена на две части; n преобразователей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а также, по меньшей мере, одну обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, причем количество исполнений преобразователей по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразовательного трансформатора равно двум; преобразовательные трансформаторы k преобразователей соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, а преобразовательные трансформаторы остальных (n-k) преобразовательных трансформаторов соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, предложено, согласно настоящему изобретению, каждый из k преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых подключены к одной части обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, выполнить в одном исполнении по абсолютной величине угла фазового сдвига, а каждый из (n-k) преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых подключены к другой части обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, выполнить в другом исполнении по абсолютной величине угла фазового сдвига, где n и k - количество преобразователей, 4≤n≤16, 2≤k≤8.

В дальнейшем изобретение поясняется на примере выполнения чертежом, на котором схематично представлена заявляемая преобразовательная подстанция.

Преобразовательная подстанция 1 содержит трехфазную группу 2 однофазных понизительных трансформаторов 3, 4, 5, обмотки высокого напряжения которых, соответственно 6, 7, 8, соединены с высоковольтной питающей сетью 9. Обмотки низкого напряжения 10, 11, 12 однофазных понизительных трансформаторов 3, 4, 5 соответственно расщеплены на две части: обмотка 10 - на части 13, 14; обмотка 11 - на части 15, 16, обмотка 12 - на части 17, 18.

Преобразовательная подстанция 1 содержит четыре преобразователя 19, 20, 21, 22 (n=4), каждый из которых имеет преобразовательный трансформатор, соответственно 23, 24, 25, 26, и мостовой выпрямитель, соответственно 27, 28, 29, 30. Каждый из преобразовательных трансформаторов 23, 24, 25, 26 имеет сетевую обмотку, соответственно 31, 32, 33, 34; вентильную обмотку, соответственно 35, 36, 37, 38, а также обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети: 39, 40, 41, 42 (фазосдвигающую обмотку). Соотношение чисел витков в обмотках 31 и 39 равно шести, что соответствует углу фазового сдвига около 7,5 электрических градусов; соотношение чисел витков в обмотках 32 и 40 также равно шести. Таким образом, преобразователи 19, 20 (k=2), преобразовательные трансформаторы которых 23, 24 подключены к первым частям 13, 15, 17 обмоток низкого напряжения 10, 11, 12 однофазных силовых понизительных трансформаторов, соответственно 3, 4, 5, имеют одинаковое исполнение по абсолютной величине угла фазового сдвига напряжения.

Соотношение чисел витков в обмотках 33, 41 равно 0,67, что соответствует углу фазового сдвига 22,5 электрических градуса; соотношение чисел витков в обмотках 34 и 42 также равно 0,67.

Таким образом, преобразователи 21, 22 [(n-k)=2], преобразовательные трансформаторы которых 25, 26 подключены ко вторым частям 14, 16, 18 обмоток низкого напряжения 10, 11, 12 однофазных силовых понизительных трансформаторов, соответственно 3, 4, 5, имеют также одинаковое исполнение по абсолютной величине угла фазового сдвига напряжений.

Таким образом, преобразователи 19, 20 имеют одно исполнение, и преобразователи 21 И 22 имеют одно исполнение, однако указанные пары преобразователей имеют различные исполнения по абсолютной величине угла фазового сдвига напряжений.

Все преобразователи 19, 20, 21, 22 включены параллельно по цепи постоянного тока и подключены к нагрузке 43.

Вследствие идентичности характеристик преобразователи 19, 20 имеют одинаковую токовую нагрузку. Аналогично преобразователи 21, 22 также имеют равные выпрямленные токи.

Преобразователи 19 и 21 из-за разных углов фазовых сдвигов имеют отличающиеся друг от друга параметры, поэтому в результате некоторой разницы в их коэффициентах трансформации и напряжений короткого замыкания между ними возникает разностная э.д.с., создающая уравнительный ток.

Однако наличие индуктивного сопротивления между частями обмоток низкого напряжения однофазных силовых понизительных трансформаторов приводит к ограничению уравнительного тока, и преобразователи 19, 21 принимают на себя практически равную токовую нагрузку.

Аналогичные явления имеют место и между преобразователями 20 и 22.

Как показали проведенные расчеты, устранение неравномерности в токораспределении между преобразователями позволяет:

- на 8-10% уменьшить установленную мощность трансформаторно-преобразовательного оборудования и, соответственно, уменьшить капитальные затраты как на само оборудование, так и на строительную часть преобразовательной подстанции;

- уменьшить потери электроэнергии, повысив тем самым к.п.д. преобразовательной подстанции на 0,15-0,2 процента;

- существенно повысить эксплуатационную надежность преобразовательной подстанции.

Заявляемое решение находится в настоящее время в стадии внедрения на одном из отечественных заводов алюминиевой промышленности.

Литература

1. Патент РФ на полезную модель №32336, МПК Н 02 Р 13/06, H 01 F 29/02, 2003 г.

Преобразовательная подстанция, содержащая, по меньшей мере, один силовой понизительный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения расщеплена на две части; n преобразователей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а также, по меньшей мере одну фазосдвигающую обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, преобразовательные трансформаторы k преобразователей соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения, по меньшей мере, одного однофазного силового понизительного трансформатора, а преобразовательные трансформаторы остальных (n-k) преобразователей соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, отличающаяся тем, что в каждом из упомянутых k преобразователей соотношение чисел витков сетевой и фазосдвигающей обмоток преобразовательного трансформатора обеспечивает одну абсолютную величину фазового сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, а в каждом из остальных (n-k) преобразователей соотношение чисел витков сетевой и фазосдвигающей обмоток преобразовательного трансформатора обеспечивает другую абсолютную величину фазового сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, где

n и k - количество преобразователей, 4≤n≤16, 2≤k≤8.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для питания серий электролиза алюминия. .

Компенсационный стабилизатор напряжения // 2195759

Изобретение относится к электротехнике. .

Преобразователь переменного напряжения в постоянное // 2178891

Изобретение относится к области измерительной техники, касается, в частности, преобразователей переменного напряжения в постоянное на основе термопреобразователей, и может быть использовано в радиотехнике, энергетике и в автоматике.

Источник питания // 2152121

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении ключевых стабилизирующих источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом различного назначения.

Стабилизатор выпрямленного напряжения // 2137284

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулировки выходного напряжения автомобильных бесщеточных генераторов с роторами на постоянных магнитах и в автоматических зарядных устройствах аккумуляторных батарей.

Способ преобразования переменного напряжения в постоянное и устройство для его осуществления // 2075818

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано при построении устройств, предназначенных для преобразования переменного напряжения в постоянное, в частности источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом различного назначения.

Источник электропитания // 2040850

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных устройствах электропитания, в частности контрольно-проверочной аппаратуре (КПА) специального назначения.

Комбинированный способ повышения качества электроэнергии в питающей сети при питании регулируемым током серий алюминиевых электролизеров // 2023342

Изобретение относится к электротехнике и металлургии, в частности к повышению качества электроэнергии в электрических сетях при питании от них регулируемым током крупных выпрямительных нагрузок, например серий алюминиевых электролизеров.

Преобразовательная подстанция // 2012986

Преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение // 2006161

Источник питания электромагнитных компенсаторов // 2289192

Изобретение относится к области размагничивания кораблей и может быть использовано для питания обмоток размагничивания и электромагнитных компенсаторов взамен применяемых в настоящее время электромашинных преобразователей

Преобразователь частоты // 2417509

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения и частоты высокочастотных источников систем электроснабжения

Гибридный привод гибридного транспортного средства // 2465155

Изобретение относится к гибридному приводу гибридного транспортного средства

Трансформатор-выпрямитель высоковольтный // 2537953

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при конструировании высоковольтных малогабаритных выпрямителей для электропитания мощной радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в повышении надежности устройства на пробой. Для этого заявленное устройство, собранное по трехфазной мостовой схеме выпрямления, дополнительно содержит диэлектрический стержень, установленный в центре трехфазного трансформатора, выполненный с резьбовой поверхностью на незакрепленном конце и гайкой, фиксирующей последовательно размещенные на нем первую коллекторную шайбу, первый высоковольтный конденсатор, металлическую шайбу, второй высоковольтный конденсатор, вторую коллекторную шайбу, а также диэлектрические центрирующие шайбы, которые установлены в центральные цилиндрические отверстия коллекторных и металлической шайб. При этом толщина диэлектрических центрирующих шайб соответствует толщине коллекторных шайб и металлической шайбы, в которые они установлены. Начала вторичных обмоток соединены по схеме «звезда» посредством металлической шайбы, а концы вторичных обмоток с соответствующими анодами полупроводниковых вентилей катодной группы и катодами полупроводниковых вентилей анодной группы - пайкой. Катоды полупроводниковых вентилей катодной группы соединены посредством второй коллекторной шайбы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Система электропитания для электронных нагрузок // 2541511

Изобретение относится к системе электропитания и способу для снабжения нагрузки электроэнергией либо от первого, либо от второго сетевого источника переменного тока, которые подают разные первое и второе напряжения переменного тока. Технический результат заключается в предоставлении средства для адаптации нагрузки к напряжениям, предоставляемым разными электрическими сетями. Система электропитания содержит первое и второе соединительные устройства для подключения схемы преобразователя к первому или второму сетевому источнику переменного тока соответственно. Второе соединительное устройство содержит схему трансформации для преобразования второго напряжения переменного тока так, что это приводит к такому же выходному напряжению схемы преобразователя, что и первое напряжение переменного тока. В конкретном примере схема преобразователя может содержать выпрямитель с функцией удвоения напряжения, а второе соединительное устройство может содержать выпрямитель, тогда как первое соединительное устройство является простым кабелем. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 ил.

Упрощенный способ управления преобразователем трехфазного переменного напряжения в постоянное напряжение // 2606401

Изобретение относится к электротехнике, а именно к упрощенному способу управления преобразователем входного n-фазного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение, при этом каждая фаза входного переменного напряжения связана с одним выключателем (1, 2, 3) преобразователя. Способ включает в себя следующие этапы: (а) - этап определения знаков j характеристических напряжений (Va, Vb, Vc, Va-Vb, Vb-Vc, Va-Vc, Va+20°, Vb+20°, Vc+20°, Va-20°, Vb-20°, Vc-20°); (b) - этап определения контрольной комбинации (C1-C12, С1-С18), которой соответствуют знаки j характеристических напряжений (Va, Vb, Vc, Va-Vb, Vb-Vc, Va-Vc, Va+20°, Vb+20°, Vc+20°, Va-20°, Vb-20°, Vc-20°), посредством сравнения знаков этих j характеристических напряжений с данными контрольной таблицы; (с) - этап размыкания каждого выключателя в течение заранее определенного времени разомкнутого состояния (t1, t2, t3) в зависимости от контрольной комбинации (С1-С12, С1-С18), идентифицированной на этапе (b). Технический результат состоит в упрощении алгоритма управления преобразователем. 7 з.п. ф-лы, 13 ил.

Способ преобразования переменного тока в постоянный ток и соответствующее устройство // 2647706

Изобретение относится к способу преобразования переменного тока в постоянный ток. Технический результат состоит в повышении надежности преобразования за счет ограничения амплитуды пусковых токов. Для этого преобразователь содержит трехфазный мост, в котором по меньшей мере одно плечо включает в себя первый ключ и второй ключ, установленные последовательно, при этом способ содержит этап регулирования выходного постоянного напряжения, который осуществляется преобразователем. Способ также содержит переходный этап, предшествующий этапу регулирования, при этом на переходном этапе формируют сигналы для управления первым и вторым ключами, которые позволяют ограничивать амплитуду пусковых токов при подключении преобразователя к сети переменного тока. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.

Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети // 2647792

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с напряжением тяговой сети заключается в том, что посредством измерительного трансформатора получают сигнал, пропорциональный напряжению тяговой сети. Генераторы гармонических сигналов формируют: один – синусоиду и другой – косинусоиду с периодом, равным периоду напряжения в тяговой сети. Произведение сигнала с выхода трансформатора на сигнал генератора синусоиды подают на первый интегратор, а произведение сигнала с выхода трансформатора на сигнал генератора косинусоиды – на второй интегратор. Сигнал с выхода первого и второго интегратора подают на первый вход первого и второго сумматора соответственно, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода первого и второго интегратора соответственно. Сигналы с выходов первого и второго сумматоров умножают соответственно на сигналы генераторов синусоиды и косинусоиды, произведения суммируют третьим сумматором, получают синхронизирующий сигнал и при переходах его через ноль формируют импульсы синхронизации. Технический результат заключается в повышении точности и надежности синхронизации. 1 ил.