Устройство для автоматического симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициента мощности трехфазной системы

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

<п>920959

Союз Советсник

Социалистические

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл. (22)Заявлено 27А5.80 (21) 2930458/24-07

Н 02 J 3/26 с присоединением заявки № (23) Приоритет

3Ьеударстееней квинтет

С СС Р ае яелай изеерйенив в открытки

Опубликовано 15. 04. 82. бюллетень № 14 (6З) ДК 621..365.621.316..7(088.8) Дата опубликования описания 18.04.82 (72) Авторы изобретения

М.Я. Минц, 8.Н. Цинков и О.Г. Гриб (7!) Заявитель (54) уСТРойСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

СИММЕТРИРОВАИИЯ ТОКОВ И СТАБИЛИЗАЦИИ ЗАДАННОГО

КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициента мощности трехфазной системы при подключени к ней несимметричной трехфазной нагруз" ки с переменными параметрами.

Известно устройство для регулирования реактивной мощности и симметрирования режима многофазной сети, содержащее трехфазные преобразователи с искусственной коммутацией, датчик тока, сглаживающий дроссель, блок управления, датчик трехфазной сети, силовой трансформатор, двухполупериодные управляемые выпрямители, блок искусственной коммутации, конденсатор, управляемые и шунтирующие вентили, вентили выпрямителей и бло-, ка коммутации (1). 20

Это устройство отличается весьма сложной аппаратурной реализацивй, не" обходимостью поддержания определенных фазовых соотношений в цепи регулирования и подавления высших гармоник, что также создает определенные трудности. Это устройство имеет также невысокое быстродействие из-за поискового метода регулирования и ограниченные возможности по частоте из"за наличия в его составе частотнозависимых элементов (трансформатор, дроссель и др.).

Известно, устройство, содержащее дополнительные управляемые вентили.

Это позволяет уменьшить установленную мощность симметрирующих элементов и перенапряжения (23.

Однако устройство имеет невысокое быстродействие.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее исполнительный орган (симметрирующее устройство), фазочувствительный орган с регулятором и фильтр токов обратной последовательности, к которым присоединен исполнительный орган.

Данное устройство в значительной

2 = — (J„dЛ ), (2) 3. 92095 степени устраняет недостатки, характерные дпя указанных устройств, при соответствующем построении фазочувствительного органа и фильтра токов обратной последовательности с регу5 ляторами (3).

К недостаткам данного устройства также следует отнести низкое быстродействие, обусловленное двумя причинами. Одна из этих причин в том, о что устройство относится к классу многосвязанных систем автоматического регулирования по двум параметрам — токам обратной последовательности и реактивным составляющим тока прямой последовательности (всего шесть величин), Как известно, такие системы имеют весьма низкую сходимость процесса регулирования. Положение усугубляется второй причиной, которая связана с тем, что процесс регулирования в данном устройстве не организован, т.е. нет описанного аналитически закона перестройки параметров исполнительного органа и функции величин, несущих информацию о регулируемых величинах.

Низкое быстродействие приводит в свою очередь к возникновению динамических погрешностей, которые могут оказаться весьма большими, Более того, при неудачной перестройке параметров, а это всегда имеет место при "слепом" поиске, возможно даже временное ухудшение регулируемых показателей.

Цель изобретения - повышение быстродействия и уменьшение динамических погрешностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены датчик активной мощности фаз, датчик реактивной мощности трехфазной системы, квадратичный датчик напряжения и операционные блоки, которые первыми двумя входами попарно

45 подключены к соответствующим датчикам активной мощности фаз, третьими входами, объединенными между собой, к датчику реактивной мощности трехфазной системы, четвертыми входами, 50 также объединенными между собой, к квадратичному датчику напряжения, а выходами - управляющим органам каждого из трех реактивных элементов симметризатора.

На чертеже представлена блок-схе55 ма предлагаемого устройства.

На чертеже обозначено трехфазный источник 1, несимметричная трехфаз9 4 ная нагрузка 2, параметры которой могут меняться во времени. В состав устройства входят блок симметрирования 3, датчик 4 активной мощности фаз, датчик 5 реактивной мощности трехфазной системы, квадратичный датчик 6 напряжения, операционные блоки 7. Симметризатор 3 содержит три реактивных элемента, каждый из которых содержит управляющий орган, по» зволяющий перестраивать параметры (реактивные проводимости), этих элементов. Элементы симметризатора соединены в треугольник и подключены на линейные напряжения. К трехфазной цепи соответствующим образом подключены датчики 4 активной мощности фаз, датчик 5 реактивной мощности трехфазной системы и квадратичный датчик 6 напряжения. Выходы датчиков 4 активной мощности фаз попарно подключены к двум входам каждого из трех операционных блоков 7, третьи входы которых объединены между собой и соединены с выходом датчика 5 реактивной мощности трехфазной системы.

Аналогично четвертые входы операционных блоков 7 объединены между собой и подключены к квадратичному датчику 6 -напряжения.

Работа устройства основана на реализации аналитических зависимостей между приращениями параметров симметриззтора и мощностями трехфазной системы. Получим эти зависимости.

Пусть трехфазная система токов в трехпроводной трехфазной сети содержит составляющую обратной последовательности где з.= е - фазовый множитель .

)В

Блок симметрирования, как известно, должен содержать три элемента, подключенных на линейные напряжения.

Эти элементы выбираются чисто реактивными, комплексы их проводимостей записываем так:

"В= - АВ1 В = -3bbc

Сд "ЗЬСА

Выделяя симметричную часть параметров блока симметрирования, получаем АВ "o "AS "Ьс "o "Sc ca "о+ "cp, (3) 920959 б

Решая систему уравнений (7), находим где о = -(HAS Ì + А ) — симметрич1 ная частЬ параметров блока симметрирования; .Ч у „ - несимметричные или регулируе" мые части . параметров блока симметрирования.

AYSc = 3U Vm3%1 г1

СА 3Ц "п1 1АЬ 30Ч 1

Вы азим па амет ы б (8) р р р лока симмет» рирования через симметрируемые токи и Фазные сдвиги fA Ч, Мс этих ToKQB flo отношению K cooT ветствующим фазным напряжениям.

Используя соотношение (1), получаем

При этом о=- (В + Ц=О (4>

Ь ЬВ = (3 В сов "В с cos Ч

3"Г3 U

11 СА (ЗссозЧс-Лр, сО5 А )

3ГЗ U (9) Выделение симметричной части па- 2п раметров блока симметрирования позволяет, как показано далее, задачи симметрирования и получения заданно- — 3 созЧ J сов Ч )

AS -- A "Д S О Ь) го коэффициента мощности решать не- 313 U зависимо.

Для тока обратной последовательности блока симметрирования при симМетричной системе напряжений можно получить выражение

7 = 301 (5) где U - -фазное напряжение сети; ч=",(дмц идд (д и додд).

Кл гд с А

К„ аb» = -- +(PA Рь) (10) 35 Ъ

З ("Ьс б "СФ б а)= О т и„+ Рдт„дал„,)- - n) — (дед,дд „+nY„>) 0

Здесь » - сопряженный комплекс l „ тока обратной последовательности.

Воспользуемся условием компенсации тока обратной последовательности

:1 = - = 3И . (6) .Решение уравнения (6) с учетом условия (4) упрощается, если проводить его в симметричной форме. Выполнением операции комплексного сопряжения в уравнении (6) и восполь" зовавшись условием (4) получаем симметричную систему уравнений для величин (; д YgA и" 6 VAN

Особенно простыми получаются соотношения для параметров блока симметрирования, если выразить их ðå3 активные мощности. Умножив числитель и знаменатель каждого из выражений

30 (9) на U, окончательно получаем

Кл ьЬ = -д (Р - Рс); где К,1 - коэффициент пропорциональности

Таким образом, соотношения (10) однозначно определяют приращения па- ." д раметров блока симметрирования по разностям активных Мощностей в соответствующих фазах, 45

Отметим важное свойство рассмат риваемого метода симметрирования.

Оно состоит в том, что при указанных приращениях параметров блока симметрирования реактивная мощность, а следовательно, и коэффициент мощности сети не изменяются. Действительно, это приращение реактивной мощности равно ь0 = айва, йсА ОАь =, = U (hbBc+"ab@a.+ bAS) 0 .

Это позволяет поддерживать коэф" фициент мощности заданным независимо от симметрирования токов путем из7 9209 менения симметричной части блока симметрирования, что, в свою очередь, не нарушает симметрии токов. Получаем условие стабилизации заданного коэффициента мощности.

Запишем выражение для реактивной мощности, вносимой симметричной частью блока симметрирования

Qo = 90 bî> (11} где ЬΠ— проводимость эЛемента сим- ip метричной части блока симметрирования. Обозначая через созЧ исходный, а через cos 9 требуемый коэффициент мощности, получаем 1S

Ь = — (tg 9- tgV} .. (12)

О 9и где Q - -реактивная мощность нагрузки, Соотношение (12) лозволяет в принципе получать любые коэффициенты мощ- 20 ности (cose (1), в том числе, разу" меется, cns 9, для которого где Q - реактивная мощность трехфазной нагрузки;

К - коэффициент пропорциональности, Соотношение (13) определяет выбор симметричной части блока симметрирования для обеспечения коэффициента мощности cos9 = 1, Это же соотношение совместно с .выражениями (10) определяет суммарное пр ращен е паРаметРов блока сим- 35 метрирования {его симметричной и несимметричной частотой} для обеспечения как симметрирования токов, так и заданного коэффициента мощности

1

Р jX q К„(P -P )j

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1т 4&6418, кл. Н 02 J 3/26, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

М . 488281, кл. Н 02 J 3/26, 1976.

3, Авторское свидетельство CCCP

1 243055, кл. H 02 J 3/26, 1969. б Ьсд+ Ь = g (K@QK (Р -Р }j 1 (l 4)

45 ьЬдц+ ЬО= — lKaQ-K„(P„-Ps)3

На выходе каждого из трех датчиков 4 формируется сигнал {напряжение, ток или код), пропорциональный актив50 ной мощности соответствующей фазы.

Датчиком 5 суммарная реактивная мощность трехфазной системы преобразуется в сигнал того же рода, а выходной сигнал квадратичного датчика 6 напряжения пропорционален квадрату

55 действующего значения либо фазного, . либо линейного напряжения. В зависимости от того, какое из этих напряжений измеряется, изменяется только коэффициент К 1 и К . Операционными блоками 7 по поступившим сигналам с датчиков 4-6 производится определение приращений параметров соответствующих реактивных элементов симметризатора 3 и формирование управляющих воздействий на управляющие органы реактивных элементов симметризатора 3. При этом,как следует из выражений (14}, эти управляющие воздействия пропорциональны как несимметрии токов, так и коэффициенту ,мощности системы, причем они однозначно определяют знак и величину приращения. Тем самым существенно повышается быстродействие регулируемых параметров и уменьшается динамическая потребность, а возможность ошибочного направления перестройки блое ка симметрирования вообще исключается.

Формула изобретения

Устройство для автоматического симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициента мощности трехфазной системы с подключеннои несимметричной нагрузкой, содержащее блок симметрирования, в состав которого входят три управляемых реактивных элемента, подключенных на линейные напряжения.трехфазной системы, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения динамических погрешностей, оно дополнительно содержит датчик ак тивной мощности фаз, датчик реактивной мощности трехфазной системы, квадратичный датчик напряжения и операционные блоки, первые два входа которых объединены попарно с первыми входами соседних блоков и подсоединены к датчику активной мощности фаз, третьи входы операционных блоков соединены между собой и подключены к датчику реактивной мощности, четвертые входы операционных блоков соединены между собой и подключены к квадратичному датчику напряжения, .а выходы операционных блоков подсоединены к входам блока симметрирования.

920959

Составитель Л. Дементьева

Редактор Л. Плисак Техред С.Мигунова Корректор М. Шарощи

Тираж 670 . . Подписное

ВНИИПИ, Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раувокая наб., д. 4/5

Заказ 2370/68

»»»

° »» филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4