Способ включения двухмостового преобразователя, работающего в режиме плавки гололеда
Владельцы патента RU 2309522:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения" (ОАО "НИИПТ") (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике. Технический результат - снижение потерь активной мощности и потребления реактивной мощности при плавке гололеда на короткой линии электропередачи. Способ заключается в том, что измеряют угол управления вентилей после достижения током плавки преобразователя заданного уровня, сравнивают его с допустимым значением и при превышении измеренным углом управления вентилей допустимого значения снижают угол управления вентилей на одном из двух мостов до минимально допустимого в выпрямительном режиме и одновременно увеличивают угол управления вентилей на втором из мостов с переводом второго моста в инверторный режим для регулирования тока плавки. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в двухмостовых преобразователях, работающих в режиме плавки гололеда на воздушной линии передачи.
Уровень техники.
На подстанциях, расположенных в районах с повышенной гололедной нагрузкой, к которым примыкают воздушные линии разного класса напряжения и разной длины, необходимость плавить гололед на линиях вызывает необходимость иметь источник управляемого (регулируемого) тока плавки с широкой вариацией напряжения на выходе источника. Связано это, как правило, с большим диапазоном длин проплавляемых линий - от нескольких км до нескольких сотен км.
В таких условиях обычно применяются схемы двух последовательно соединенных мостовых (выпрямительных) преобразователей тока [1], позволяющих иметь достаточно высокое управляемое напряжение для плавки гололеда на длинных линиях и, в то же время, иметь при заданном токе плавки возможность с помощью системы управления преобразователями снижать напряжение на проплавляемой линии при ее малой (в несколько км) длине.
Обычно в схеме двухмостового преобразователя для уменьшения уровней высших гармоник, генерируемых преобразователем в сеть переменного тока, обмотки питающих мосты трансформаторов соединяют по разной схеме: у одного моста - соединение треугольник, у другого - звезда. При этом, как известно [2], в токе преобразователя и, следовательно, в токе сети исчезают гармоники шестифазного режима, кратные 6к±1 (где к=1, 2, 3...).
В связи с тем, что нормальной для плавки гололеда схемой является схема с двумя мостами, обеспечивающими двенадцатифазный режим, отключение из схемы одного из мостов для уменьшения напряжения плавки может оказаться недопустимым по условиям искажений токов и напряжений сети. При известном способе включения преобразователей [3], принятом нами за прототип, угол управления вентилей (α) преобразователей в начале процесса включения преобразователя изменяют от угла большего, чем 90 эл.град. до номинального (обычно 5-10 эл.град.). При достижении такого угла процесс включения заканчивается и регулятор тока поддерживает далее заданный ток преобразователя, равный требуемому току плавки (Iпл).
При этом достигается равенство:
где UdB - выпрямленное напряжение на полюсах двухмостового преобразователя (кВ),
Rл - суммарное активное сопротивление проводов проплавляемой линии (Ом),
Iпл - требуемый ток плавки гололеда (кА).
Напряжение на полюсах двухмостового работающего выпрямителем преобразователя можно вычислить из следующего равенства:
где E2m - амплитуда фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора,
Хγ - сопротивление фазы трансформатора (контура коммутации) тока вентиля.
Рассмотрим режим плавки гололеда с помощью двухмостового преобразователя на короткой (10 км) линии 110 кВ с проводами АС-120 (активное сопротивление 0,25 Ом/км) по схеме последовательного соединения фаз ВЛ "провод-два провода в параллель" при токе плавки 0,8 кА. Примем линейное напряжение вентильных обмоток каждого из двух преобразовательных трансформаторов Uл=10 кВ (Е2m=8,1 кВ), мощность каждого трансформатора S=25 МВ·А, напряжение к.з. ек=0,1. При принятой схеме соединения проводов общее активное сопротивление воздушной линии составит 
Сопротивление фазы контура коммутации вентилей
Приравнивая правые части (1) и (2) и подставляя известные величины, получим равенство:
Найденный из этого равенства угол α=82 эл.град.
Для нахождения величины угла коммутации тока вентилей (γ) используем из [2] уравнение:
Подставляя в (3) угол α=82 эл.град., Id=Iпл=0,8 кА, Хγ=0,4 Ом, Е2m=8,1 кВ, получим γ=3 эл.град.
Теперь определим величину реактивной мощности, потребляемой двухмостовым преобразователем, используя из [2] уравнение:
где E2, I2 - действующее значение напряжения и тока вентильной обмотки трансформатора моста,
ϕ1≈α+γ/2 - угол сдвига между основными гармониками напряжения и тока на входе преобразователя.
Как известно из [2]:
И при принятых условиях
Таким образом
Кроме значительной по величине реактивной мощности, которая в данном режиме почти в 10 раз превышает активную мощность 
существенным недостатком такого режима являются большие скачки напряжения на вентилях, которые, как известно, пропорциональны величине Е2m·sin(α+γ). Повышенные скачки напряжения приводят к повышенным потерям активной мощности в демпфирующих цепях и опасны для вентилей.
Сущность изобретения.
Цель изобретения - снизить потери активной мощности и потребление реактивной мощности двухмостовым преобразователем при плавке гололеда на короткой линии электропередачи.
Поставленная цель в предлагаемом способе включения преобразователя достигается путем измерения угла управления вентилей после достижения током плавки преобразователя заданного уровня, сравнения его с допустимым значением и при превышении измеренным углом управления вентилей допустимого значения, снижением угла управления вентилей на одном из двух мостов до минимально допустимого в выпрямительном режиме с одновременным увеличением угла управления вентилей на втором из мостов с переводом второго моста в инверторный режим для регулирования тока плавки. Эта совокупность признаков позволяет решить задачу изобретения.
Осуществление изобретения.
Работа предложенного способа поясняется структурной схемой на фиг.1, на которой изображены два преобразовательных моста - 1, 2; питающие мосты трансформаторы - 3, 4; шины сети переменного тока - 5; линия, на которой осуществляют плавку гололеда - 6; трансформатор постоянного тока - 7; блок регулятора тока - 8; трансформатор напряжения - 9; блоки управления мостовыми преобразователями - 10, 11; блок сравнения - 12; трансформаторы тока - 13, 14; блок коррекции режима схемы - 15.
При реализации предложенного способа включения двухмостового преобразователя в режим плавки гололеда по схеме чертеже угол управления вентилей в обоих мостах 1, 2 в начале процесса уменьшают, как и в прототипе, от больших значений (>90 град.) до того момента, при котором ток двухмостового преобразователя сравняется с заданным значением тока плавки (Iуст). Ток преобразователя (с трансформатора тока 7) контролируется регулятором тока в блоке 8. Выходной сигнал регулятора тока (угол управления) с блока 8 поступает на блоки управления мостами 10, 11 и, далее, в виде управляющих импульсов включения вентилей на мостовые преобразователи 1,2. После достижения установившегося режима плавки (Iпл=Iуст) дежурный подстанции включает блок коррекции режима схемы 15. Включение блока коррекции может быть произведено также автоматически (по факту достижения током плавки значения Iуст).
Сигнал коррекции режима поступает из блока 15 в блок 8, если в блок 15 поступил сигнал, подтверждающий необходимость коррекции с блока сравнения 12, в котором допустимый угол управления вентилей (αд) сравнивается с реальным углом управления вентилей мостов 1 и 2, измеренным в блоке 12 на основании контроля сигналов трансформаторов тока 13, 14 и трансформатора напряжения 9. В блоке сравнения 12 сигнал выдается на блок 15 при превышении измеренным значением угла управления вентилей допустимого значения αд. В противном случае - сигнал не выдается и, следовательно, коррекция режима не требуется.
Блок 8, получив сигнал коррекции с блока 15, переводит один из мостов (например, 1) в режим, при котором угол управления вентилей (α1) находится на минимальном уровне (α1=10 эл.град.), одновременно переводя другой мост (2) в режим инвертора с увеличением угла управления вентилей этого моста до выхода на режим, при котором выпрямленный ток сравняется с заданным значением тока плавки Iуст.
Сравним данные режима по предлагаемому способу включения с теми данными, которые были получены при использовании известного способа включения преобразователя.
При использовании одного из двух мостов в качестве выпрямителя, а другого в качестве инвертора, выпрямленное напряжение (UdB, UdИ этих мостов определяется из [2], соответственно, как:
где αв и αи - углы управления вентилей выпрямителя и инвертора,
Id - выпрямленный ток равный току Iпл.
Примем угол управления вентилей у выпрямителя α=10 эл.град. При тех же параметрах линии можно записать уравнение режима плавки в указанной схеме:
Отсюда, подставляя в (8) известные величины с использованием (6) и (7), получим:
Из полученного равенства найдем угол управления вентилей инвертора αи≅136 эл.град.
Теперь определим реактивную мощность, потребляемую обоими преобразователями. Для этого определим угол коммутации тока (γ) выпрямителя и инвертора из уравнения (2):
Для выпрямителя
отсюда γв≈10 эл.град.; 
Для инвертора
отсюда γи≈4 эл.град.; 
Реактивная мощность, потребляемая преобразовательными мостами, составит:
выпрямитель
инвертор
В сумме двухмостовой преобразователь в указанном режиме потребляет реактивную мощность Qв+Qи=10,4 MB·А, что более чем в два раза меньше потребления исходного режима при известном способе включения. При увеличении тока плавки эффект снижения потребления реактивной мощности будет еще более значительным, поскольку активная мощность составляет малую часть от реактивной.
Скачки напряжения на вентилях выпрямителя, пропорциональные sin(α+γ) в предлагаемом способе, оказываются меньшими в пропорции 
в выпрямительном мосте и в пропорции 
в инверторном режиме, то есть в 1,5-2,5 раза меньше.
Источники информации
1. Методические указания по плавке гололеда постоянным током. Ч.2, МУ 34-70-028-82.
2. Поссе А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. Энергия, Л.о., 1973 г.
3. Патент ФРГ № 2514227, кл. H02J 3/36, 1973 г.
Способ включения двухмостового преобразователя тока, работающего в режиме плавки гололеда на воздушной линии электропередачи, заключающийся в том, что после достижения преобразователем заданного тока плавки измеряют угол управления вентилей преобразовательных мостов, сравнивают его с допустимым и при превышении измеренным углом управления вентилей допустимого значения уменьшают угол управления одного моста до минимального допустимого в выпрямительном режиме, одновременно увеличивают угол управления вентилей второго моста, переводя его в инверторный режим для регулирования тока плавки.
