Способ компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки

З СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИ УБЛИК СО в а Н 02 З 3/18 ОП Е Ю Сд ани нагрузки ра вьппе устано итани сточник оче едулени баты о значения преждаетследней ние защиты п зки и обесто сети. 1 ил. ерегруеской ия электрич ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АНИЕ ИЗОБР СНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ(7 1) Дальневосточное высшее инженерное морское училище им. адм, Г,И.Не- вельского(53) 61.3.072.86 (088.8) (56) Худяков В.А. и др, Управляемый статический источник реактивной мощности, Электричество, 1969, У 1,Авторское свидетельство СССР 8 ф 744841, кл, Н 02 3 3/18, 1978. (54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ СТАТИЧЕСКОЙ И РЕЗКОПЕРЕМЕННОЙ РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической компенсации реактивной мощности в электрических сетях переменного тока, содержащих потребители реактивной энергии с переменным характером нагрузки. Цель изобретения - повьппение качества напряжения электрической сети при одновременном упрощении схемы главного тока компенсирующего устройства. В данном способе увеличением скорости реакции компенсирующего устройства на включение реактивной нагрузки электрической сети путем фазового регулирования напряжения дросселя совместно с повьппением точности от.слеживания резких изменений реактивной нагрузки электрической сети достигают исключения колебаний напряжения в электрической сети и нагЯО 125774 рузки источника питания, Кроме того,способ компенсации резкопеременныхнагрузок, превьппающих по величинемощность дросселя, путем комбинациифазового регулирования напряжениядросселя с подключением резервныхступеней конденсаторной батареи ипоследующим возвращением этих ступеней и дросселя в исходный режим делает возможным уменьшить установленнуюмощность дросселя и ступень конденсаторной батареи, токи которых уравновешивают друг друга в исходном режиме. Блокировка включения большихреактивных нагрузок электрическойсети (превышающих мощность дросселя)при недостатке или отсутствии резервной мощности конденсаторной батареи и увеличение последней за счетотключения ранее подключенных ступеней с целью последующего повторногоих включения при совместном фазовом регулировании напряжения дросселяисключает перегрузку источника питания и преждевременный ввод в работу резервного источника питания, а осуществление контроля нагрузки источника питания в процессе вывода врезерв подключенных ступеней конденсаторной батареи и запуск резервногоисточника пит я при увеличении ток4 б 3при включении конденсаторов следует дождаться момента, когда мгновенное значение напряжения сети равно остаточному напряжению на конденсаторах с обратным знаком для каждой Фазы в отдельности, согласно предлагаемому способу путем увеличения скорости реакции компенсирующего устройства на включение реактивной нагрузки электрической сети фазовымрегулированием напряжения дросселя ъместо подключения ступеней конденсаторной батареи одновременно с по" вышением точности отслеживания резких изменений реактивной нагрузки электрической сетя достигают исключения колебаний напряжения в электрической сети и нагрузки источникапитания, Кроме того, предлагаемый способ компенсации резкопеременных нагрузок электрической сети, превышающих по величине мощность дросселя, путем комбинации Фазового регулирования напряжения дросселя с подключением резервных ступеней коядясаторяой батаоеи и последующим возвращением этих ступеней и дросселя в исходный режим позволяет уменьшить установленную мощность дросселя и ступень конденсаторной батареи, токи которых уравновешивают друг друга в исходном устаяовившемся) режиме.Блокировка включения больших реактивных нагрузок электрической сети превышающих мощность дросселя)при недостатке или отсутствии резервной мощности конденсаторной батареи и увеличение последней путем отключения ранее подключенных ступеней с целью последующего повторного их включения при Фазовом регулированиинапряжения дросселя исключает перегрузку источника питания и преждевременный ввод в работу резервного источника питания, а осуществлениеконтроля нагрузки источника питанияв процессе вывода в резерв подключенных ступеней конденсаторной батареии запуск резервного источникапитания при увеличении тока нагрузки рабочего источника питания вьппе установленного значения предупреждает срабатывание защиты последнего от перегрузки н обесточивания электрической сети, На чертеже изображена прияцчпиальяая схема компенсирующего устройства, реализующего предлагаемый способ. Компенсирующее устройство состоитиз индуктивного элемента - дросселя 1, и конденсаторной батареи, разделенной на ступени 2-5, мощностикоторых находятся в отношении1:2:4:4, Причем единичная мощностьнаибольших ступеней 4 и 5 равны мощ 10ности дросселя, Дроссель 1 и первые три ступени 2-4 конденсаторнойбатареи подключены через быстродействующие тиристорные коммутаторы 6и 7 и электрическую сеть 8 к источ 5нику 9 питания, например к синхронному генератору. Одна из наибольших ступеней 5 конденсаторной батареиподключена к электрической сети не-посредственно. В состав смешаннойнагрузки электрической сети входятреактивные нагрузки 10, 1 и 10.2, например асинхронные электродвигатели.Эти нагрузки подключаются к электри 25ческой сети посредством коммутационных аппаратов 11, например магнитных пускателей. Изменения реактивнойнагрузки электрической сети регистрируются датчиком 12 реактивноготока, содержащим два выхода 13 и 14,на одном (13) из которых Формируетсябыстродействующий сигнал измененияреактивной нагрузки сети в переходной период, а на другой (14) - задержанный сигнал изменения реактивной 35нагрузки сети в установившихся режимах, Сигналы, пропорциональныеизменениям реактивной нагрузки электрической сети, направляются в блок 15управления, снабженный выходами 4016-18, через которые эти сигналыпередаются в блок 19 фазового регулирования напряжения дросселя и блок 20Формирования импульсов управления.тиристорами быстродействующих коммутаторов 7, включающих ступени конденсаторной батареи, Величина нагрузки источника питания контролируетсядатчиком 21 тока. В зависимости отсоотношения мощностей дросселя и реактивных нагрузок последние разделяются на две группы. Первую группуобразуют реактивные нагрузки 10,1,пусковые мощности которых меньшемощностч дросселя. Вторая группа фор мируется из реактивных нагрузок 10.2,с пусковыми мощностями, превышающимимощность дросселя,Реактивный ток источника питания не должен превышать заданное значение,В исходном режиме к электрической сети подключается на номинальное напряжение электрической сети дроссель 1 и равная ему по мощности ступень 5 конденсаторной батареи. В этом режиме напряжение управления, формируемое блоком 15 управления на своем выходе 16 и подводимое к блоку 19 фазового регулирования, равно нулю. Ему соответствует полное открытие тиристоров быстродействующего коммутатора 6, т.е, тиристоры работают при нулевом угле управления. Суммарный реактивный ток Е компенсирующего устройства, определяемый как1 к 1 с 1 ьгде 1 и 1 - номинальные токи ступени 5 конденсаторной батареи и дросселя соответственно, равен нулю,В исходном режиме ступени 2-4 конденсаторной батареи отключены.Включается реактивная нагрузка 10 электрической сети - асинхронный двигатель, пусковой ток которого меньше номинального тока дросселя и является,.как известно, реактивным. Датчиком 12 реактивного тока измеряется изменение реактивной составляющей тока нагрузки источника 9 питания по отношению к заданному и на его выходе 13 Формируется быстродействующий сигнал, пропорциональный изменению этого тока в период разгона асинхронного двигателя. Этот сигнал посылается в блок 15 управления, на выходе 16 которого формируется напряжение управления, в соответствии с которым посредством блока 19 фазового регулирования увеличивается угол управления тиристоров быстродействующего коммутатора 6.При этом напряжение и ток дросселя уменьшается на величину приращения реактивного тока нагрузки источника питания, а результирующий ток компенсирующего устройства в соответствии с формулой (1) увеличивается на ту же величину, компенсируя увеличение реактивного тока нагрузки ис" точника питания относительно заданного значения. По окончании разгона257 асинхронного двигателя и уменьшения его пускового тока до номинального значения быстродействующий сигнал на выходе 13 датчика 12 реактивного то- ка и напряжение управления на выходе 16 блока 15 управления снова равны нулю. В результате того напряжение и ток дросселя восстанавливаются до номинальных величин, а результирующий ток компенсирующего устройства1 О возвращается к нулевому значению, По истечении установленной выдержкивремени на выходе 14 датчика 12 реактивного тока формируется сигнал пропорциональный увеличению реактив 15 ного тока нагрузки источника 9 питания в установившемся режиме, Этот сигнал воздействует на блок 15 управления, посредством которого на его выходе 17 вырабатывается сигнал20 включения наименьшей резервной сту- пени 2 конденсаторной батареи и с помощью блока 20 формирования импульсов преобразуется в импульсы управления тиристорами быстродействующего коммутатора 7 ступени 3. В результате этого ток компенсирующего устройства увеличивается;1 к 1 с 1 с 1В результате компенсируется приращение реактивного тока нагрузки источника 9 питания в установившем.- ся режиме.Если необходимо включить реактивную нагрузку 10.2 электрической сети, пусковой ток которой превышает номинальный ток дросселя, то в магнитном пускателе 11 этой нагрузки Формируется сигнал на включение, который посылается в блок 15 управления. В блохе управления, после получения этого сигнала, контролируются номера подключенных ступеней конденсаторной батареи и ступеней, находящихся в резерве, Если окажется, что в момент поступления этого сигнала на включение реактивной нагрузки 10.2 ступень 4 конденсаторной батареи находится в резерве, то в блоке 15 управления Формируются одновременно командные сигналь" включения данной реактивной нагрузки и ступени 4 конденсаторной батареи, которые воздействуют на магнитный пускатель 11 и блок 20 Формирования импульсов соответственно. Затеи, как и в предыдущем случае, датчиком 12 7466реактивного тока измеряется переходный ток нагрузки источника питания и на его выходе 13 формируется быстродействующий сигнал, пропорциональный изменению результирующего реактивного тока источника питания (1 - 1 )нь сч, где 1 н - реактивная составляющая пускового тока нагрузки; 1- тока ступени 4 конденсаторной батареи.Этот сигнал воздействует на блок 15 управления, посредством которого вырабатывают напряжение управления. В соответствии с его величиной с помошью блока 19 Фазового регулирования увеличивается угол управления тиристоров быстродействующего коммутатора б, а следовательно, уменьшаются напряжение и ток дросселя на величину, равную разности (2-1 сц ) нескомпенсированного переходного тока нагрузки источника питания после одновременного подключения реактивной нагрузки электрической сети и ступени 4 конденсаторной батареи. По окончании переходного процесса в реактивной нагрузке 10,2 в момент установления нулевого сигнала на выходе 13 датчика 12 восстанавливается номинальное напряжение и ток дросселя и отключается ступень 4 конденсаторной батареи, По истечении выдержки времени на выходе 14 датчика 12 реактивного тока Формируется сигнал, пропорциональный изменению реактивного тока источника питания в установившемся режиме, Этот сигнал воздействует на блок 15 управления, вырабатывающий командный сигнал включения резервной ступени конденсаторной батареи в соответствии с программой их переключения при ступенчатом регулировании по коду 1:2:4, Блок 20 Формирования импульсов осуществляет соответствующие переключения этих ступеней. Если в момент поступления в блок 15 управления сигнала на включение большой реактивной нагрузки 10.2 окажется, что ступень 4 конденсаторной батареи уже включена в электрическую сеть, а суммарная резервная мощность конденсаторной батареи меньше мощности дросселя, то в блоке управления Формируется сигнал блокировки включения указанной реактивной нагрузки и одновременно вырабатывается командный сигнал отключе ния в резерв ступени 4 конденсатор 12577ной батареи. При этом датчик 21 тока контролирует величину возрастающего тока нагрузки источника питания. После этого в блоке управления снимается блокировка и одновременно фор 5 мируются разрешающий сигнал вк 1 почения реактивной нагрузки 10,2 и сигнал повторного включения ступени 4 конденсаторной батареи. Датчик 12 реактивного тока измеряет изменение результирующего реактивного тока нагрузки (1 -1 ) источника питания и формирует на его выходе 13 быстродействующий сигнал, который включает упомянутую программу изменения напря жения и тока дросселя и последующего их восстановления по окончании переходного процесса в реактивной нагрузке 10.2. Ступень 4 конденсаторной батареи остается подключенной к 20 электрической сети. По истечении выдержки времени на выходе 14 датчика 12 реактивного тока формируется сигнал о приращении реактивной нагрузки источника питания в устано вившемся режиме, который посредством блока 15 управления и блока 20 Фор.мирования импульсов воздействует на быстродействующие коммутаторы 7 резервных ступеней конденсаторной батареи и включает их,Если после вывода в резерв ранее подключенной ступени 4 конденсаторной батареи, предпринятого по сигналу поступившего сигнала на включение З 5 большой реактивной нагрузки 10.2 в условиях недостатка требуемого резерва мощности конденсаторной батареи, полный ток нагрузки генератора, который контактируется датчиком 2140 тока, становится выше установленного значения, то этот датчик Формирует сигнал перегрузки источника питания, который в блоке .15 управления блокирует включение заявленной реактивной45 нагрузки и введенной врезерв ступени 4 конденсаторной батарей, Одновременно на выходе 18 блока 15 управления Формируется сигнал ввода в действие резервного источника питания. Благодаря включению последнего в электрическую сеть снимается сигнал перегрузки с выхода датчика 21 тока, формируя в блоке 15 управления разрешающие сигналы включения заяв ленной реактивной нагрузки и ступе-. ни 4 конденсаторной батареи, Остальные операции по управлению дросселем и ступенями конденсаторной ба- тареи повторяются в известной последовательности,Техническими преимуществами способа компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки являются: отсутствие искажения синусоидальных кривых тока и напряжения электрической сети и компенсирующего устройства в установившихся режимах; отсутствие колебаний напряжения электрической сети, обусловленных резкими изменениями величины ее реактивной нагрузки; упрощение схемы главного тока конденсаторной батареи путем исключения необходимости применения реактивов в цепи конденсаторов калдой ступени; улучшение условий электросовместимости электротехнических устройств электрической сети.Формула изобретенияСпособ компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки компенсирующим устройством, содержащим индуктивный элемент, напримердроссель и многоступенчатую конденсаторную батарею, подключенные через быстродействующие тиристорные коммутаторы и электрическую сеть к источнику питания, заключакнцийся в том, что изменяют напряжение дросселя путем фазового регулирования его быстродействующего тиристорного коммутатора и переключают ступени конден" саторной батареи, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения качества напряжения электрической сети при одновременном упрощениисхемы главного тока компенсирующегоустройства, предварительно подключают дроссель и наибольшую ступень конденсаторной батареи, равную по величине мощности дросселя, на номинальное напряжение электрической сети, уменьшают напряжение дросселя в момент включения реактивной нагрузки электрической сети на величину приращения этой нагрузки, восстанавливают номинальное напряжение дросселя по окончании переходного процесса в реактивной нагрузке электрической сети, формируют сигнал приращения реактивной нагрузки электрической сети в установившемся режиме, подключают этим сигналом резервные ступени конденсаторной батареи, при1257 Составитель О.НаказТехред Л. Сердюкова Корректор А Обручар ктор Л.Пчелинска каз 5034/5 аж 612нного комитета СССРтений н открытийРаушская наб., д. днисное 3 ТирВНИИЛИ Государствпо делам изобр13035, Иосква, И/5 играфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная,иэводственно 9включении реактивной нагрузки электрпческой сети, превышающей по величине мощность дросселя, формируют предварительно сигнал на включение этой нагрузки, контролируют наличие резервных ступеней конденсаторной батареи, при наличии резервной мощности конденсаторной батареи не меньше мощности дросселя включают одновременно реактивную нагрузку электрической сети и резервные ступени конденсаторной батареи, в сумме равные мощности дрос селя, регулируют напряжение дросселя указанным путем, отключают резервные ступени конденсаторной бата реи по окончании переходного процесса в реактиной нагрузке электрической сети, а при отсутствии указанного резерва мощности конденсаторной батареи в момент поступления 20 сигнала на включение нагрузки блокируют включение реактивной нагруэки электрической сети, увеличиваютрезервную мощность конденсаторнойбатареи до требуемой величины путемотключения части ее подключенныхступеней, контролируя при этом величину тока нагрузки источника питания,снимают блокировку и включают одновременно реактивную нагрузку электрической сети и резервные ступениконденсаторной батареи, регулируютнапряжение дросселя указанным путем,при увеличении тока нагрузки источника питания выше установленного значения, вызванном переводом части подключенных ступеней конденсаторнойбатареи в резерв, формируют сигналперегрузки источника питания, блокируют этим сигналом включение реактивной нагрузки электрической сети ирезервньх ступеней конденсаторнойбатареи и одновременно вводят в работу резервный источник питания.