Способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети

Использование: в области электроэнергетики, в системах управления устройств (1), выполняющих функцию симметрирования трехфазного напряжения, например тиристорно-реакторных групп (ТРГ) статических тиристорных компенсаторов (СТК) или транзисторных преобразователей в составе СТАТКОМов. Технический результат изобретения - повышение качества электроэнергии за счет обеспечения более точной симметрии линейных напряжений. Способ заключается в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и их подаче через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор (9, 10, 11) в блок (5) управления устройства (1). По измеренным мгновенным значениям линейных напряжений сети вычисляют амплитуды Uabm, Ubcm, Ucam первых гармоник каждого из линейных напряжений, среднее значение Ucp вычисленных амплитуд и их отклонения dUabm, dUbcm; dUcam от Ucp. Используют вычисленные отклонения в качестве указанных управляющих воздействий. Дополнительно вычисляют отклонение dUcp среднего значения амплитуд первых гармоник линейных напряжений от уставки и через дополнительный пропорционально-интегральный регулятор (12) подают отклонение dUcp на блок (5). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники.

Предлагаемый способ относится к электроэнергетике и может быть использован в системах управления устройств, выполняющих функцию симметрирования трехфазного напряжения, например, тиристорно-реакторных групп (ТРГ) статических тиристорных компенсаторов (СТК) или транзисторных преобразователей в составе СТАТКОМов, которые устанавливаются в электрических сетях среднего и высокого напряжения для улучшения показателей качества электроэнергии.

Несимметрия линейных напряжений в трехфазной сети возникает из-за несимметричных нагрузок или несимметрии линейных параметров самой сети и характеризуется наличием обратной последовательности трехфазного напряжения, компенсация которой осуществляется устройством симметрирования.

Уровень техники

Известен способ компенсации несимметрии напряжений в трехфазной сети, при котором управляющие воздействия, обеспечивающие формирование компенсирующих токов обратной последовательности вырабатываются по результатам измерения линейных напряжений и токов сети, выполняемого с помощью измерительных трансформаторов напряжения (ТН) и трансформаторов тока (ТТ) соответственно [1].

Недостаток решения [1] состоит в следующем.

Известно, что при наличии высших гармоник в измеряемом напряжении (например, из-за нелинейных нагрузок) угловая погрешность трансформатора напряжения увеличивается [2]. Это объясняется, в частности, тем, что при наличии высших гармоник возрастают активные потери, приводящие к увеличению сдвига фаз между первичным и вторичным напряжением ТН. Из-за угловой погрешности ТН компенсация напряжения обратной последовательности также осуществляется с соответствующей погрешностью, снижающей качество поставляемой электроэнергии, одной из характеристик которого является величина несимметрии трехфазного напряжения [3]. Еще одним недостатком решения [1] является необходимость использования измерительных трансформаторов двух видов: ТН и ТТ.

Известен выбранный в качестве прототипа способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети, заключающийся в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и подаче их через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) в блок управления симметрирующего устройства.

В качестве симметрирующего устройства в прототипе используется СТК, а в качестве его блока управления - блок фазо-импульсного управления (ФИУ) ТРГ [4].

Функциональная схема, иллюстрирующая осуществление способа-прототипа представлена на фиг. 1.

СТК состоит из ТРГ, фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ) и системы управления (СУ) ТРГ.

В состав СУ ТРГ входят блок ФИУ, блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), первый блок преобразования (Б1), второй блок преобразования (Б2) и трехканальный ПИ-регулятор, состоящий из трех одноканальных ПИ-регуляторов (ПИ1, ПИ2 и ПИ3).

Мгновенные значения линейных напряжений uаb, ubc и uca измеряются на сборных шинах СШ1 подстанции трехфазной группой трансформаторов напряжения (ТН). Блок ФАПЧ по измеренным напряжениям определяет мгновенные значения фазы θ сетевого напряжения, которые поступают в блок Б1 и блок ФИУ. Блок Б1 по измеренным мгновенным значениям напряжения uаb, ubc и uca и фазы θ, используя известные методы расчета [5], вычисляет во вращающейся системе ортогональных координат (d-q координат) составляющие U2d и U2q напряжения прямой последовательности и составляющие U1d и U1q напряжения обратной последовательности. При этом (см. фиг. 1) составляющие U2d и U2q в общем случае не равны нулю, а в напряжении прямой последовательности присутствует только составляющая U1d, другая составляющая U1q считается тождественно равной нулю, что обеспечивается подстройкой фазы θ системы координат d-q за счет действия блока ФАПЧ.

Далее отклонение U1d-Uуcт, где Uуcт - уставка по напряжению прямой последовательности, и величины U2d и U2q поступают на входы регуляторов ПИ1, ПИ2 и ПИ3, образующих трехканальный ПИ-регулятор, управляющий токами обратной последовательности СТК.

Таким образом, в качестве управляющих воздействий в прототипе используется U2d и U2q - две ортогональные составляющие напряжения обратной последовательности и одна составляющая U1d напряжения прямой последовательности.

Выходные сигналы ПИ-регуляторов подаются на вход блока Б2, вычисляющего значения проводимостей Bab, Bbc и Вса фаз ТРГ, входящей в состав СТК. Проводимости Bab, Bbc и Вса в качестве уставок, определяющих фазовые углы включения тиристоров ТРГ, подаются на управляющие входы блока ФИУ.

Блок ФИУ по вычисленным в блоке Б2 значениям Bab, Bbc, Вса и значению фазы θ, полученному от блока ФАПЧ, вычисляет фазовые углы включения вентилей ТРГ и в соответствующие моменты формирует импульсы управления. В результате ТРГ формирует компенсирующие токи обратной последовательности, которые создают на сопротивлении Z проводов трехфазной сети падение напряжения, встречное обратной последовательности напряжений.

Как видно из вышеописанного, прототип, в отличие от аналога [1], использует измерительные трансформаторы только одного вида - ТН.

Недостаток способа-прототипа состоит в том, что в нем компенсация напряжения обратной последовательности осуществляется управляющими воздействиями U2d, U2q и U1d, зависящими от угловой погрешности ТН, и следовательно, с соответствующей остаточной несимметрией линейных напряжений, снижающей качество электроэнергии.

Сущность изобретения

Предметом изобретения является способ компенсации несимметрии напряжения трехфазной сети, заключающийся в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и их подаче через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор в блок управления симметрирующего устройства, отличающийся тем, что по измеренным мгновенным значениям линейных напряжений сети вычисляют амплитуды первых гармоник каждого из линейных напряжений, среднее значение вычисленных амплитуд и их отклонения от среднего значения, а затем используют вычисленные отклонения в качестве указанных управляющих воздействий.

Это позволяет получить технический результат, состоящий в повышении качества поставляемой электроэнергии за счет обеспечения более точной симметрии линейных напряжений.

Изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что дополнительно вычисляют отклонение указанного среднего значения амплитуд первых гармоник линейных напряжений от уставки и подают его через дополнительный пропорционально-интегральный регулятор на блок управления симметрирующего устройства.

Это позволяет дополнительно повысить качество поставляемой электроэнергии за счет уменьшения отклонения линейного напряжения от номинального значения (это отклонение также является показателем качества электроэнергии).

Осуществление изобретения с учетом его развития

На фиг. 2 представлена функциональная схема, иллюстрирующая осуществление заявляемого способа на примере симметрирующего устройства в виде статического тиристорного компенсатора.

На схеме показаны:

1 - статический тиристорный компенсатор (СТК);

2 - фильтро-компенсирующее устройство (ФКУ);

3 - тиристорно-реакторная группа (ТРГ);

4 - система управления (СУ) ТРГ.

В состав системы управления 4 входят блок 5 фазо-импульсного управления (ФИУ), блок 6 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), блоки преобразования 7 и 8, трехканальный пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор), состоящий из одноканальных ПИ-регуляторов 9, 10 и 11, также одноканальный дополнительный ПИ-регулятор 12.

Кроме того, на фиг. 2 показаны трехфазная группа 13 трансформаторов напряжения (ТН) и сборные шины 14 подстанции.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом (см. фиг. 2).

Мгновенные значения линейных напряжений uаb, ubc и uca на сборных шинах 14 измеряются группой 13 ТН. Блок 6 ФАПЧ по мгновенным значениям измеренных напряжений вычисляет мгновенные значения фазы θ сетевого напряжения, которые передаются в блок 5 ФИУ. Блок 7 по мгновенным значениям измеренных напряжений uаb, ubc и uca вычисляет амплитуды Uabm, Ubcm, Ucam первых гармоник соответствующих линейных напряжений любым известным способом (например, с помощью разложения сигнала на периоде промышленной частоты в ряд Фурье). Блок 8 вычисляет Ucp - среднее арифметическое значение трех напряжений Uabm, Ubcm, Ucam и их отклонения dUabm, dUbcm; dUcam от Ucp (dUabm = Uabm-Ucp; dUbcm = Ubcm-Ucp; dUcam = Ucam-Ucp). Вычисленные значения отклонений dUabm, dUbcm; dUcam поступают на пропорционально-интегральные регуляторы 9, 10, 11, имеющие функции постоянного ограничения выходной величины снизу и сверху, а также функцию защиты интегратора от насыщения. Для всех регуляторов 9, 10, 11 постоянное ограничение снизу равно 0, постоянное ограничение сверху соответствует Вшах - проводимости фазного реактора в тиристорно-реакторной группе 3.

Данные с выходов ПИ-регуляторов 9, 10, 11 в качестве основных составляющих Bab2, Bbc2, Вса2 задаваемых (для компенсации напряжения обратной последовательности) значений эквивалентных проводимостей соответствующих фаз тиристорно-реакторной группы 3 поступают (через сумматоры 15, 16, 17) на управляющие входы блока 5 ФИУ.

Отклонение dUcp вычисленного среднего напряжения Ucp от заданной уставки Uуcт поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора 12, имеющего функции плавающего ограничения выходной величины снизу и сверху, а также защиты интегратора от насыщения. Ограничения регулятора 12 являются переменными величинами. Ограничение сверху равно max (Bab2, Bbc2, Вса2), а снизу - min (Bab2, Bbc2, Вса2).

На выходе регулятора 12 формируется дополнительная составляющая ВДОП задаваемых значений эквивалентных проводимостей фаз ТРГ 3, суммируемая (сумматорами 15, 16, 17) с каждой основной составляющей Bab2, Bbc2, Вса2. Результаты сложения Bab, Bbc, Вса поступают на управляющие входы блока 5 ФИУ, который по ним и фазе θ известными методами [6] вычисляет моменты включения тиристорных вентилей в фазах тиристорно-реакторной группы 3 и формирует соответствующие импульсы включения.

Предлагаемый способ не подвержен влиянию угловой погрешности измерения трансформаторов напряжения 13, поскольку использует только амплитуды первых гармоник измеряемых напряжений. Это позволяет симметрирующему устройству в условиях увеличенной угловой погрешности ТН, обусловленной в частности наличием высших гармоник, устанавливать в сети режим с уменьшенным значением напряжения обратной последовательности, определяемым только погрешностью измерения амплитуд первых гармоник напряжений, и соответственно повысить качество электроэнергии.

Источники информации

1. Патент США US 4172234 H02j 3/18 оп. 23.10.1979.

2. Андреенков, А.С. Дисс. к.т.н. Исследование погрешностей трансформаторов напряжения в распределительных сетях 6-35 кВ. - Смоленск, 2016.

3. ГОСТ 32144-2013 Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

4. Makinen, A. Asymmetrical control of utility static VAR compensator for grid voltage balancing [Electronic resource] Proceedings on Cepsi / A.S. Makinen, J. Aho, A.M. Pena. - Bankok, 2016

[www.cepsi2016bangkok.org/pdf/FP_B.1_GE_Asymmetrical%20Control%20of%20Utility%20Static%20Var%20Compensator%20for%20Grid%20Voltage%20Balancing.pdf].

5. P. Rodriquez, J. Pou, J. Bergas, J.I. Candela, R.P. Burgos, D. Boroyevich, Decoupled double synchronous reference frame PLL for power converters control, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 22, No. 2, March 2007, pp. 548-592.

6. Кочкин В.И. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий / В.И. Кочкин, О.П. Нечаев. - М.: НЦ ЭНАС, 2002. - 248 с.

1. Способ компенсации несимметрии напряжения трехфазной сети, заключающийся в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и их подаче через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор в блок управления симметрирующего устройства, отличающийся тем, что по измеренным мгновенным значениям линейных напряжений сети вычисляют амплитуды первых гармоник каждого из линейных напряжений, среднее значение вычисленных амплитуд и их отклонения от среднего значения, а затем используют вычисленные отклонения в качестве указанных управляющих воздействий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют отклонение указанного среднего значения амплитуд первых гармоник линейных напряжений от уставки и подают его через дополнительный пропорционально-интегральный регулятор на блок управления симметрирующего устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразования энергии трехфазной сети в энергию для питания однофазной нагрузки.

Изобретение может быть использовано в устройствах преобразования энергии трехфазной сети в энергию для питания однофазной нагрузки. Техническим результатом является упрощение устройства, повышение технологичности изготовления, снижение материалоемкости и массогабаритных параметров, а также повышение КПД.

Использование: в области электротехники. Технический результат – увеличение достоверности симметрирования фазных токов трехфазной линии, уменьшение объема аппаратных средств и повышение долговечности контактов электрических реле коммутатора фазных токов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности компенсации третьей гармоники.

Использование: в области электротехники. Технический результат – равномерное распределение однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети и повышение энергетических характеристик.

Использование: в области электротехники. Технический результат – расширение функциональных возможностей путем исключения одновременного включения трехфазного и однофазного магнитных пускателей при низких температурах окружающей среды, обеспечения сигнализации работы однофазного нагревателя и сигнализации обрыва фазы питающей сети трехфазного потребителя.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение совместной компенсации реактивной мощности, подавления токов высших гармоник и симметрирования токов тяговой нагрузки.

Использование – в области электротехники. Технический результат, заключающийся в предотвращении несимметричности электрической нагрузки трехфазной питающей сети при питании двух разных секций контактной сети, достигается благодаря тому, что устройство (40) для подключения системы тягового электроснабжения (PF1, PF2, NF1, NF2) участка железнодорожного пути к трехфазной питающей сети (L1, L2, L3) содержит трехфазный трансформатор (42-44, 55-62, 64, 65) и симметрирующее устройство (41) для равномерной электрической нагрузки трех фаз трехфазной питающей сети (L1, L2, L3), причем трехфазный трансформатор (42-44, 55-62, 64, 65) с первичной стороны подходит для соединения с трехфазной питающей сетью (L1, L2, L3), а с вторичной стороны – с симметрирующим устройством (41), причем трехфазный трансформатор (42-44, 55-62, 64, 65) подходит для подключения к системе тягового электроснабжения, содержащей автотрансформаторную систему с двумя контактными проводами (PF, PF2) и двумя протянутыми изолированно вдоль участка пути проводниками (NF1, NF2).

Изобретение относится к области электротехники. Трехфазное симметрирующее устройство содержит трехфазный трехстержневой трансформатор с первичными обмотками, включенными встречно в «зигзаг».

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам распределительных сетей переменного тока, и может быть использовано для питания однофазных потребителей бытового и промышленного назначения от трехфазной сети.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности в энергосистемах. Технический результат - уменьшение массогабаритных показателей, стоимости и увеличение кпд устройств управления емкостью управляемых конденсаторных групп.

Использование - в области электротехники. Технический результат - снижение чувствительности величины реактивного сопротивления устройства к разбросу его параметров, уменьшение массогабаритных показателей и стоимости, а также расширение областей применения устройства.

Изобретение относится к электротехнике и используется в электросистемах. На сердечнике (3) расположены две параллельные обмотки (1) и (2), в их земляные выводы включены разнонаправленные диоды (4,5), которые шунтированы выключателем (6) или тиристором(8).

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности в энергосистемах. Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение КПД, уменьшение массогабаритных показателей и стоимости тиристорно-переключаемых конденсаторных групп.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в электрических сетях в устройствах поперечной компенсации для управления реактивной мощностью с целью уменьшения потерь электрической энергии и регулирования напряжения в местах установки данных устройств в линию электропередачи (ЛЭП).

Использование: в области электроэнергетики и электротехники. Технический результат - достижение минимальных показателей искажения тока и оперативное реагирование на изменения гармонического состава тока.

Устройство аналогового датчика реактивной составляющей переменного тока относится к измерительной техники и может быть применено в качестве датчика реактивной составляющей переменного тока при автоматическом или ручном управлении реактивной мощностью узла нагрузки системы электроснабжения.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения энергетической эффективности однофазных и трехфазных потребителей, путем рекуперации потребляемой энергии за счет циркуляции ее части между потребителем и предлагаемым устройством межфазного распределения тока (МРТ). Устройство для межфазного распределения тока содержит три однофазных трансформатора, обмотки которых выполнены каждая со средним выводом, соединены крайними выводами в «треугольник», вершины которого подключены к фазным входным выводам, нулевой входной вывод, потребитель, подключенный к нулевому входному выводу и, по крайней мере, к одному фазному входному выводу, уравнительный реактор с тремя идентичными обмотками, подключенными одноименными выводами к нулевому входному выводу, а свободными выводами - к средним выводам обмоток трансформаторов. Технический результат, достигаемый в предлагаемом устройстве, заключается в устранении непроизводительных потерь мощности на нагрев обмоток МРТ. Дополнительный технический результат, достигаемый в предлагаемом устройстве, заключается в уравнивании величин потребляемых фазных токов. Кроме того, устройство может быть использовано для рекуперации энергии как в случае подключения потребителя между тремя фазными и нулевым входными выводами, так и в случае его подключения между одним из фазных и нулевым входными выводами. Это происходит за счет циркуляции трети энергии между МРТ и потребителем, минуя питающую сеть. Магнитопроводы трансформаторов МРТ и уравнительного реактора могут иметь различную конфигурацию, в том числе витую ленточную кольцевидной формы. 2 ил.

Использование: в области электроэнергетики, в системах управления устройств, выполняющих функцию симметрирования трехфазного напряжения, например тиристорно-реакторных групп статических тиристорных компенсаторов или транзисторных преобразователей в составе СТАТКОМов. Технический результат изобретения - повышение качества электроэнергии за счет обеспечения более точной симметрии линейных напряжений. Способ заключается в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и их подаче через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор в блок управления устройства. По измеренным мгновенным значениям линейных напряжений сети вычисляют амплитуды Uabm, Ubcm, Ucam первых гармоник каждого из линейных напряжений, среднее значение Ucp вычисленных амплитуд и их отклонения dUabm, dUbcm; dUcam от Ucp. Используют вычисленные отклонения в качестве указанных управляющих воздействий. Дополнительно вычисляют отклонение dUcp среднего значения амплитуд первых гармоник линейных напряжений от уставки и через дополнительный пропорционально-интегральный регулятор подают отклонение dUcp на блок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх