Компенсатор реактивной мощности

(5 ТЕ ЕТЕЛЬ Н АВТОРСНО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (72) А.Б. Альбертинский, Р.А, Лльтшуль, Н.А. Канащенко, А.В. Поссе и М.А. Степанова(56) Солодухо Я.Ю, Состояние и перспективы внедрения в электропривод статических компенсаторов реактивной мощности ведущих зарубежных фирм и отечественных предприятий. М.: Информэлектро, 1982, с. 66,Авторское свидетельство СССР У 136453, кл. Н 02 Ю 3/18, 1960.(54) КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на подстанциях перем. тока для быстрого регулирования величины и направления реактивной мощности. Цель - улучшение формы сетевого тока компенсатора и снижение перенапряжений. Первичная обмотка (ПО) 19 трехфазного трансформатора соединена в треугольник, первая вторичная обмотка (ВО) 20 соединена в звезду с нейтральным выводом 21. Каждая фаза второй ВО состоит из двух частей 22 и 23 с промежуточными и фазными выводами, причем ее нейтральные выводы соединены перемычкой 24. Цепочки из конденсатора 25 и резистора 26 шунтируют ВО, ПО 9, ВО 22 и 23 располо ф жены на одном стержне. Три двухсторонних ключа с тиристорами 1 и 10, 7 и 16, 13 и 4 включены между фазны- (, ми выводами второй ВО 23 и нейтральным выводом 21 первой ВО 23 и нейт1 261. 33 Па - ягод +(-баггеральным выводом 21 первой ПО 20. Другие шесть ключей .включены между фазными выводами первой ВО 20 и промежуточными выводами второй ВО 22, 23,причем каждый ключ включен между разноименными выводами этих обмоток,Числа витков ВО 20, 22 и 23 выбираютИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано на электрических подстанциях переменного тока для быстрого регулированиявеличины и направления потока реактивной мощности.Цель изобретения - улучшение формы сетевого тока компенсатора и снижение перенапряжений.На фиг. 1 изображена принципиальная схема компенсатора реактивноймощности; на фиг, 2 - векторные диаграммы анодных напряжений; на фиг.3временные кривые токов,Компенсатор реактивной мощностисодержит восемнадцать запираемых тиристоров 1-18, соединенных попарнов девять двухсторонних ключей, трехфазный трансформатор, имеющий пер-вичную обмотку 19, фазы 19 А, 19 В и19 С которой соединены в треугольник,первую вторичную обмотку 20, соединенную звездой с фазными выводами20 А, 20 В и 20 С и нейтральным выводом21, вторую вторичную обмотку, каждаяфаза которой состоит из двух частей22 и 23, с промежуточными выводами22 А, 22 В и 22 С и фазными выводами23 А, 23 В,и 23 С, причем ее нейтральныевыводы соединены перемычкой 24 так,что вторая обмотка соединена звездой,цепочки иэ последовательно соединенных конденсатора 25 и резистора 26,присоединенные к каждой части вторичных обмоток 20, 22 и 23, выключа- . 35тель 27.Вторичные обмотки с выводами 20 А,22 А и 23 А и первичная обмотка 19 Арасположены на одном стержне трансформатора и относятся к фаре А. Аналогично вторичные обмотки с выводами20 В, 22 В и 23 В и первичная обмотка19 В относятся к фазе В, вторичные обся таким образом, чтобы угол междусмежными векторами опорных напряжений равнялся 20 и все эти напряжения были одинаковы. Тогда анодпые напряжения всех тиристоров образуют18-фазную систему. 3 ил,мотки с выводами 20 С, 22 С и 23 С и первичная обмотка 19 С относятся к фазе С.Три ключа с тиристорами 1 и 1 О и 7 и 16, 3 и 4 включены соответственно между фаэными выводами 23 А, 23 В и 23 С второй вторичной обмотки 23 и нейтральным выводом 21 первой вторичной обмотки 20. Другие шесть ключей включены между фаэными выводами 20 А, 20 В и 20 С первой вторичной обмотки 20 и промежуточными выводами 22 А, 22 В и 22 С второй вторичной обмотки 22 и 23, причем каждый ключ включен между разноименными выводами этих обмоток. Например, ключ с тиристорами 9 и 18 включен между выводом 20 А фазы А первой вторичной обмотки 20 и промежуточным выводом 22 В фазы В второй вторичной обмотки 22 и 23, а ключ с тиристорами 2 и 11 между тем же выводом 20 А первой вторичной обмотки 20 и промежуточным выводом 22 С фазы С второй вторичной обмотки 22 и 23.На фиг. 2 ав построены векторные диаграммы анодных напряжений. У,Бог и Псы соответственно тиристоров 1, 2 и 3.Как видно из схемы компенсатора (фиг. 1), анодное напряжение Ба тиристора 1 равно напряжению фазы А второй вторичной обмотки 22, 23;аг ггпу 23 ягде Бгг " напряжение обмотки 22 отперемычки 24 до вывода22 А;У д - напряжение обмотки 23 отвывода 22 А до вывода 23 А.Вектор Ос, анодного напряжения тиристора 2 образуется как геометрическая сумма векторов двух напряже- нийТак как И (1 =Ы, /ж,то то где Ц - вектор напряжения обмотки2 С 420 от нейтрального вывда21 до вывода 20 А; (-022 ) - вектор напряжения обмотки22 от вывода 22 С до перемычки 24.Вектор Уанодного напряжения тиристора 3 образуется как геометрическая сумма векторов двух напряже- ний аЬ 22 Л (2 ос )згдед - вектор напряжения обмотки22 от перемычки 24 до вывода 22 А-О - вектор напряжения обмотки20 от вывода 20 С до нейтрального вывода 21.Аналогично по схеме устройства можно построить вектора анодных напряжений всех остальных тиристоров.Числа витков Ы, Ч, и Ч 2 соответственно обмоток 20, 22 и 23 выбираются такими, чтобы угол между смежными векторами анодных напряжений равнялся 20 и все эти напряжения были одинаковыми (фиг. 2). Тогда анодные напряжения всех восемнадцати тиристоров образуют симметричную восемнадцатифазную систему.Напряжение и число витков Ж обмотки 20 выбираются исходя из заданной номинальной мощности компенсатора и номинального тока тиристора.,По числу витков И, используя векторные диаграммы фиг. 2, определяют числа вит- ков У, обмотки 22 и У обмотки 23. По векторной диаграмме на фиг. 2 б имеем Цггс я 1 п 20204 я 1 п 40Так как22 с /1)год =111 /У,А = - . - , - 0=0,5320,я 1 п 20я 1 п 40Такое же соотношение витков и, иЧ вытекает из векторной диаграммы нафиг.- 2 в,Число витков И обмотки 23 определяют по векторным диаграммам нафиг. 2 а и 26,Так как 1)а =Цаг.0224 1)22 а .Ц 2 д -(1 а -Ц 224 1 а 2П 22 ся д 120 я 1 п 20 П аяЫ 40 . я 1 п 40 я 1 пбО -я 1 п 20ЪХ=( 2 я 1 п 20" с 1 р 40 )11=0,815 Ж, 10Компенсатор реактивной мощностиработает следующим образом.Работу компенсатора удобно рассматривать по временным кривым токов(фиг. 3), В первом приближении считается, что коммутации тока с одноготиристора на другой происходит мгновенно и ток, проходящий через тиристор в промежутке проводимости остается постоянным. Как показали экспериментальные исследования на физической модели компенсатора и расчетыс помощью ЗВМ, коммутации тока действительно происходят почти чтомгновенно, а импульсы тока через тиристоры немного отличаются от прямоугольных: они имеют выпуклую или вогнутую форму вершины в зависимостиот того работает компенсатор соответственно в режиМе потребления илигенерациц реактивной мощности. Таким 30.образом,. допущения, принятые при построении временных кривых токов, приводят лишь.к небольшим изменениямэлектромагнитных процессов, протекаю-,щих в компенсаторе.На осях 28 и 29 фиг. 3 показанытоки всех тиристоров в течение одногопериода. Ток через каждый тиристорпротекает в течение 40 за период.Порядок отпирания и запирания тирис торов и, следовательно, порядок нхпроводимости определяется векторнымидиаграммами анодных напряженийдля тиристоров 1, 2 и 3 (фиг. 2).Так как вектор Уаг анодного напря жения тиристора 2 от вектораЮа анодного напряжения тиристора 1на 20, то тиристор 2 начинает про-пускать ток спустя 20 (1/18 периода)после момента вступления в оаботу 50 тиристора 1 (см. блоки токов тиристоров 1 и 2 на осях 28 и 29 фиг. 3).Вектор Б,ц анодного напряжения тиристора 3 отстает от вектора Оа,анодного напряжения тиристора 1 на 55 40, поэтому тиристор 3 вступает вработу через 40(1/9 периода) послетиристора 1 (см, блоки токов тиристоров 1 и 3 на оси 28).При мгновенной коммутации тирис.торы пропускают ток группами по дван следукицей последовательности: 1-2,2-3, 3-4, 17-18, 18-1, т,е. ток замыкается внутри схемы (например, в промежутке проводимости тирнсторов 1 и2 по пути (фиг. 1): перемычка 24,фаза А, обмотки 22, вывод 2 А, фазаА обмотки 23, вывод 23 А, тиристор 1,нейтральный вывод 21, фаза А обмот 10ки 20, вывод 20 А, тиристор 2, вывод22 С, фаза С обмотки 22, перемычка24). После отпирания тиристора 3 возникает контуктор: вывод 22 А, тиристор 3, вывод 20 С, фаза С обмотки 20,тиристор 1, вывод 23 А, Фаза А обмотки 23 вывод 22 А. Под действиемнапряжений, действующих в этом контуре происходит коммутация тока стиристора 1 на тиристор 3 и ток качи-нает проходить через тиристоры 3 и 2по пути: перемычка 24, фаза А обмотки 22, вывод 22 А, тиристор 3, вывод20 С, фаза С обмотки 20, нейтральныйвывод 21, фаза А обмотки 20, вывод2520 А, тиристор 2, вывод 22 С, фаза Собмотки 22, перемычка 24. Аналогично при отпирании тиристора 4 происходит коммутация тока с тиристора 2 натиристор 4, ток пропускает тиристоры 3 и 4 и т,д.При таком замкнутом внутри схемыпути тока угол регулирования ( уголотпирания тиристоров) должен бытьблизок к +90 (прй потреблении реактивной мощности) или к -90" (при выдаче реактивной мощности). Отличиеугла регулирования и соответственноугла сдвига первой гармоники сетевоготока от +90 или -90" определяется 40активной мощностью потребляемой изсети для покрытия потерь энергии вкомпенсаторе,На осях 30-32 на фиг. 3 показанытоки в фазах А вторичных обмоток, 45приведенные к числу витков первичнойобмотки, которое принято при построении равным числу витков У +И второй,вторичной обмотки. Сумма этих приведенных токов дает ток . в фазе А )Опервичной обмотки (ось 33), На оси33, кроме того, пунктиром показан токв фазе С первичной обмотки (с обратным знаком: -). Сетевой ток=х - на входе компенсатора в линейном проводе фазы А показан на оси 34и он и своей форме такой же, как исетевой ток восемнадцатифазного преобраэователя (при мгновенной коммутации токов и абсолютно сглаженном выпрямленном токе).При работе компенсатора в режиме выдачи реактивной мощности первая гармоника сетевого тока сдвинута относительно фазного напряжения Б сети переменного тока на угол Ю в сторону опережения, Угол Ф примерно равен углу регулирования ( и имеет значение, близкое к -90 . В режиме потребления реактивной мощности углы О и с близки к +90 .В компенсаторе для ограничения перенапряжений, возникающих при принудительных коммутациях тока запираемыми тиристорами, применены конденсаторы 25, включенные в цепи., парал - лельные вторичным обмоткам рансформатора, причем последовательно с каждым конденсатором включен резистор 26 и цепочки конденсатор-резистор подключены между выводами всех частей вторичных обмоток (фиг. , Резисторы 26 обеспечивают коммутации тока тиристорами 1-18 в области выдачи реактивной мощности, когда угол регулирования имеет отрицательное значение, При работе компенсатора в этой области мало запереть очередной тиристор И, надо еще обеспечить вступление в работу тиристора И+2, к которому в это время приложено отрицательное анодное напряжение, При запирании тиристора И его ток, протекающий по соответствующим частям вторичных обмоток 20, 22 и 23 трансформатора, скачком переходит в параллельные им цепочки конденсатор-резистор; в результате чего на резисторах 26 возникают скачки напряжения, которые, добавляясь к напряжениям вторичных обмоток 20, 22 и 23 переводят анодное напряжение тиристора 3+2 в положительную область. В результате тиристор, уже открытый к этому моменту управляющим импульсом, вступает в работу и переходит в состояние проводимости. Величина сопротивления резистора 26 выбирается, исходя из вышеописанного процесса,Формула изобретенияКомпенсатор реактивной мощности,содержащий трехфазный трансформаторс. первичной обмоткой, соединеннойтреугольником, и в.оричной обмо .кой,1267533 15 28 О бал М) Риг 5Сини Составитель А, Михайлов евин Техред И.Попович , Корредакто Э Тираж 62 ВНИИПИ Государственпо делам изобрет 113035, Москва, ЖЗаказ 5789/5 Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб., д. 4/ роектная, 4 Произво венно-полиграфическое предприятие, г. У соединенной звездой, запираемые тиристоры и конденсаторы, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения формы сетевого тока и снижения перенапряжений, трансформаторимеет вторую вторичную обмотку спромежуточными выводами, соединеннуюзвездой, запираемые тиристоры соединены попарно по схеме двухстороннегоключа, причем три ключа включены меж Оду фаэными выводами второй вторичной.обмотки и нейтральным выводом первойвторичной обмотки, а шесть ключей -между фазными выводами первой вторичной обмотки и промежуточными выводами второй вторичной обмотки так, что каждый ключ включен между разно- . именными фазами этих обмоток и, кроме того, последовательно с конденсаторами включены резисторы и образованные цепочки конденсатор - резистор присоединены параллельно ко всем частям вторичных обмоток, причем каждая фаза второй вторичной обмотки от нейтрали до промежуточного вывода имеет число витков У 1 =(эп 20,//эп 40)М, а от промежуточного вывода до фазного вывода - Ч =(2 эдп 202с 1 д 40)Ч, где У - число витков фазы первой вторичной обмотки.