Устройство компенсации реактивного тока

(71) Институт проблемния АН УССР(56) А У 5662Суп ента м таково с. 136 чесомпенсаторов,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО иэОБРетениям и ОтнРытиямПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ торское свидетельство СССР 9, кл. Н 02 3 3/ 18) 1972, онович Г, Улучшение коэффицищности преобразовательных усМ.: Энергоатомиздат) 1985,(54) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОГО ТОКА(57) Изобретение относится к областиэлектротехники и может быть использовано при компенсации реактивного токав общепромышленных и автономных злектрических сетях с помощью статическихвентильньм компенсаторов, Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей при регулировании генерируемой 1 реактивной мощностив системе генератор-нагрузка на основной и высших гармониках с учетомнесинусоидальности форм тока и напряжения. Для этого компенсация реактивного тока и напряжения проводится засчет разделения тока нагрузки н(ь)на активную з.(Т) и реактивную 1(Т) Изобретение относится к областилектроэнергетики, в частности к коменсации реактивных нагрузок в обще 2составляющие, При этом алгоритм работы компенсатора, состоящего из конденсаторной батареи с блоком коммутации и дроссельного компенсатора,строится таким образом, чтобы по отношению к своим входным зажимам компенсатор представлял нелинейный элемент, ток которого определяется иэсоотношения (С)=-1(С). Для этогоустройство осуществляет измерениепериода напряжения генератора, дифференцирование сигнала с датчика напряжения, определение частного от деления двух величин, выработки импульсовуправления вентилями блока коммутацииконденсаторной батареи, регулированиемощности конденсаторной батареи, измерение м новенных значений тока конденсаторной батареи, перемножениенесинусоидальных сигналов, определение активной мощности, потребляемойнагрузкой, определение квадрата действующего значения напряжения генера"тора, выработку моментов синхронизации начала и сброса в ноль интеграторов и изменение выходного сигналасхем дискретизации с запоминаниемотсчетов, определение мгновенньжзначений активной составляющей токанагрузки, суммирование мгновенныхзначений активной составляющей токанагрузки с сигналами с датчика токанагрузки и с датчика тока конденсаторной батареи, 1 ил,промышленных и автономных элекких сетях с помощью статическихЦель изобретения - расширениефункциональных воэможностей при регулировании генерируемой реактивноймощности в системе генератор - нагруэ 5ка на основной и высших гармоникахс учетом несинусоидальности форм токаи напряжения.На чертеже представлена схемаустройства1 ОСхема содержит генератор 1, датчик2 напряжения, нагрузку 3, батареюконденсаторов с блоком 4 коммутации,датчики 5-7 тока, фильтр 8, вентили9-1", дроссель 13, дифференциатор 14,умножители 15, 16, интеграторы 17,18, делитель 19, схему 20 дискретизации с запоминанием отсчетов, формирователь 21.импульсов управления вентилями, формирователь 22 импульсовуправления, сумматор 23, умножители24, 25, интеграторы 26, 27, делитель28, схему 29 дискретизации с запоминанием отсчетов, умножитель 30,сумматоры 31-33, блок 34 запаздывания 25первого порядка, компаратор 35 с гистереэисом, формирователь 36 импульсовуправления вентилями.В предлагаемом устройстве силоваячасть дроссельного компенсатора, ЗОвключенная через выходной фильтр 8параллельно нагрузке 3, содержит четыре управляемых вентиля 9-12, включенных по мостовой схеме, в однудиагональ которой включен дроссель13, а узлы второй диагонали подсоеди 35иены к входным зажимам выходногофильтра 8, датчик 2 напряжения включен параллельно генератору 1 напряжения, датчики 5-7 тока включены последовательно соответственно с нагрузкой 3, конденсаторной батареей с блоком 4 коммутации, включенной параллельно нагрузке 3, и с выходнымфильтром 8, выход датчика 2 напряжения соединен с входом дифференциатора14, входом Формирователя 22 импульсовуправления, обеими входами умножителя 24, первым входом умножителя 25,первым входом умножителя 30, выходдифференциатора 14 связан с обеими50нходамп умножителя 16 и с вторымивходом умножителя 15, первый входкоторого связан с выходом датчика 5тока, вторым входом умножителя 25,вторым входом сумматора 23, первыйвход которого связан с выходом датчика 6 тока, выход умножителя 15 связанс входом интегратора 17, выход которого связан с первым входом делителя19, выход умножителя 16 связан с.входом интегратора 18, выход которогосвязан с вторым входом делителя 19,выход делителя 19 через схему 20дискретизации с запоминанием отсчетовсвязан с входом формирователя 21 импульсов управления вентилями, выходкоторого связан с управляющими электродами вентилей блока коммутации конденсаторной батареи с блоком 4 коммутации, выход умножителя 24 через интегратор 26 связан с вторым входомделителя 28, выход умножителя 25 через интегратор 27 связан с первымвходом делителя 28, выход которогочерез схему 29 дискретизации с запоминанием отсчетов связан с вторымвходом умножителя 30, выход которогосвязан с неинвертирукщим входом сумматора, инвертирующий вход которогосвязан с выходом сумматора 23, выходыформирователя 22 импульсов управленияснязаны с упранляющими входами интеграторов 17, 18, 26, 27 и схем 20, 29дискретизации с запоминанием отсчетов,выход сумматора 31 связан с неинвертирующим входом сумматора 32, ннвертирукзций вход которого связан с выходом датчика 7 тока, выход сумматора32 связан с неинвертирующим входомсумматора 33, выход которого черезблок.34 запаздывания первого порядкаи компаратор 35 с гистерезисом связанс входом формирователя импульсов упранления вентилями, выходы которогосвязаны с управлякн 1 ими электродамичетырех управляемых нентилей 9- 12,выход компаратора 35 с гестерезисомсвязан также с инвертирующим входомсумматора,Для компенсации реактивного тока в устройстве осуществляется измерение мгновенных значений напряжения генератора и тока нагрузки, разделение тока нагрузки на активную и реактивную составлящцие, формирование тока компенсатора, включенного параллельно нагрузке, равным противоположным значениям реактивной составляющей тока нагрузки, Таким образом ток, потребляемый от генератора, становится равен активной составлякицей тока нагрузки, т.е, форма потребляемого от генератора тока совпадает с формой напряжения на его зажимах.(6) 1),) = -з. (с)-з (с)Г с Разделение тока нагрузки 111(С)на составлякзцие зд(с) и з (с) происходит следующим образом,Если напряжение генератора естьпроизвольная, периодическая с периодом Т функция 1)(с), то ток х (с)можно представить в ниде суммы активнойА(С) и реактивной з.(с) состан"ля кзцих(с) = А(с)+ (с),Ргде з.(с) = - П (с)1)з Г 1ЯР - - 1 (н(с) с (с) с,огде Р - активная (средняя эл периодТ) мощность, потребляемая нагрузкой;У - дейстдук)щее знацение напряжения генераторлДля токов 1 А(с) и 1 (с) выполцяютГся соотношенияТ ) 1 1(с) Бс (с) Йс:111.с)11 с) 11,(с)с 1 с=О; (3)1 з = 1 з + 1 зЯд (1 Р(4)где 1, 1 А, 1 - действующие значениясоответственно токовзн(с)эА(с з р(с)Если параллельно цл 1 рузке подключить компенсатор с током 1 к(с)=-1)(с),то ток з. (С), потребляемъсй от ецерсзтоРа, бУДет Равен г(С)=з.я(С)+ък(С)==1 А(с), при этом компецсатор согласновыражению (3) не будет потреблять активную мощность. В результате действующее значение тока генератора, какследует иэ соотношения (4), снизитсядо Величины 1даКомпенсатор состоит иэ двух частей - батареи конденсаторон с блокомкоммутации и дроссельного компенсатора. Выбор емкости конденсаторной батареи, неизменной в течение периодаТ, производится иэ условия максимально возможного снижения величины действук)щего значения тока генератора(за счет компенсации части реактивного тока ь (с) нагрузки)тя(С)11, (С)с 1 СоС - - -- (5)т1 с,(с)з йсДействительно, если конденсаторвключен параллельно нагрузке, то токдиФФеренцируя которое по Сс 112,1(с 1 С Т н- ( с. )(с ) с 1 с+2 С- Ю (с ) ) з с 1 сТс ои ирирлвцицля полу сенный результатцулю, оиреце)1 яем величину ем)состикоцдецслторл (5), соотвс тствукзцую ми 20 цимуму функции 1 (з (С) .11 россельцьп )(поцслтор, также11.1(ю(еццый илрлллц,цо цлгрузке,комис)оирует ост зцшуюся част реак 1 Иццс)1 О тОКЛ ца)руз)СИ Компенсация релк гивцосо тока сиомощьк) устройстцл стр(цс.ц,)цится следук)иим обрлзом, С и,)мощьк),1 л Гчиков 2 30 цлиряжеция и токл 5-7 осущ(.твляется1 ЛЛЬВЛЦИ 1 ЕСК;Я РСЦЦ ЛСЛ ГОЛЛСОВЛцие уронцей с)11 цлцо):нергетичес.кихцепей и измеритель)1 о)1 члоти ус:трсцсстцл, л тлкзко и черепно м) цотецц(х цлпрязке ц)сй Гесрлтол 0 ( С ) р токл цл) -руэки 1(С), токл к( .1,ец лтори;)й батлреи с бло)сом 4 )сом)сут(оси 1 С(С),токл дроссе:(ьцого комиецсл гс)рл 1(С)ца выходе Фильтр,. Я. Выходцое цлпряжение датчикл 2 1.) (С) проиорциоВЬ(З 1нальцое цлпряжецию )ецерлторл ь (с)(цввсз,(с) =с(зс (с) ), иоступлет цл 1 ходдиффереццилторл 14, схемы уирлвления,оба входл умцожитоля 24, первый входумножителей 25 и 30, Выходное цлпряжецие датчика 5 Б(С), пропорцЗовсснлльное току нагрузки з(с) (Пвв,(с)=ВВ 1 З=(з,1(С, поступает ца входы умножителей 15 и 25, а ;акже вход сумматора 23. Сигнал с выхода дифференииатора 14, пропорциональный производнойцапря)кения генератора Гс(з(С)=К 14(Зс 1 схх 11 С(С), поступает на обл нходл умножзтеля 16 и на второй вход умцожителя 15. Сигнал с выхода умножителя 16,пропорциональный квадрату производнойнапряжения генератора 016(С) =К(6(К 14(я хх 0 С (С) ) К 16 К 4 Ф 1)г (С) ), ицте 1 Р 11 РУется в течение периода Т с помощьюинтегратора 18, Сигнал с выхода интегратора 18 О 1 т)=к к ак,111 йт 1 айто 5 поступает на второй вход делителя 19. Сигнал с выхода умножителя 15 цю(С) К 6 "н (С) Кц ЮН Ц 1 (С) интегрируется в течение периода Т с помощью интегратора 17.Когда интегрирование закончено, сигнал с выхода интегратора 17 т"11(С) у КМ,К 140 Н 3 (С)Ц,(С)ДСОдается на первый вход делителя 1на выходе которого появляется сигнал Йо 159 30 Сигнал с выхода умножителя 24 ЯС) =К 4 Ю)(Б- (С) поступает на вход интегратора 26 и интегрируется в течение периода Т, Сигнал с выхода интегратора, пропорциональный квадрату действул)его значения напряжения6(С) =К Б, где К=К 4 Кд М, поступает на второй вход делителя 28, на первь)й вход которого поступает сигнал55 с выхода интегратора 27, пр оп ор ци ональнлп 1 величине мощности, потребляемой 11 а) Рузкой 3 Нру(С)К 271 2 с (а н(,пропорциональный с коэффициентом пропорциональностиТ 15011 14 0 Н25 К=К, ---- ; -- ,=К К К / С 11 К 6 К, К 2,ф 11 87 15 Р 11 16 К 14 0 Н)величине емкости С конденсаторной, батареи (схемная реализация выражения 5) Сигнал с выхода делителя 19 подается на вход схемы 20 дискретизации с запоминанием отсчетов, выход которой остается постоянным в течение следующего периода частотного спектра. Формирователь импульсов управления 35 вентилями, на вход которого подается сигнал, пропорциональный величине требуемой емкости конденсаторной батареи, обеспечивает такое переключение вентилей в блоке коммутации кон денсаторной батареи, что величина ее емкости становится равной (с точностью, которую может обеспечить набор конденсаторов в батарее) величине, определенной с помощью выраже ния (5) .1 т)81 т) 181 а)8 т=к р, таа К -К,К 1 Кц1Р = - , Б(С)1 И(С)ЙС. На вход интеграотора 27 поступает сигнал с выхода умножителя 25, пропорциональный мгновенной мощности Р(С)=Б(С)1 н(С)а Ц (С)=кфНЛ(С) О(, я(С), и такжЕ интегрируется в течейие периода Т. Сигнал с выхода делителя 28 Б (С)=26П рай 0 и21 250(26 1 7 К 2 о, проК 26 К 240 ИР Кгбкг 4(Нпорциональный Р/Б поступает на схе 8му 29 дискретизации с запоминанием отсчетов, выход которой остается постоянным в течение следукщего периода частотного спектра. Сигнал с выхода схемы 29 дискретизации с запоминанием отсчетов подается на вход умно- жителя 30, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный активной составляющей тока нагрузкиЦ (С) = К - 0( Н (С) .К РЭа ЬО К 112 ННа выходе сумматора 23 формируется сигнал, пропорциональный сумме токов 1 0(с) и 11(с); с)=Кэ 0(1 (1 11),С)+).С(С (коэффициент передачи датчика 6 тока выбирается равным О,)8 который затем вычитается из сигнала Б 0(С) с помощью сумматора 31. Таким образом на выходе сумматора 31 имеется мгновенное опорное (эталонное) значение тока дроссельного компенса- тора(схемная реализация выражения 6, при этом необходимо, чтобы К 1,=К Кф,).Сигнал с выхода сумматора 31 поступает на неинвертирующий вход сумматора 32, на инвертирующий вход которого поступает сигнал с датчика 7 тока, пропорционален току дроссельного компенсатора 11,(С)т 1(С)=Ы,1.1,(С) Выходной сигнал сумматора 32, пропорциональный величине Ь1(С)=1 С)П- -1(С) , поступает на инвертирукщий вход сумматора 33, на инвертирукщий вход которого поступает сигнал с выхода компаратора 35 с гистерезисом. На выходе 33 Формируется сигнал, являющийся управляющим для формировате 1617528Формула и зо бр ете цця Устройство компенсации реактивного тока с зажимами для подключения параллельно генератору и нагрузке содержащее четыре управляемых вентиля, включенных по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель, а узлы второй диагонали через выходной фильтр подсоединены к зажимам для подключения параллельно гене" ратору и нагрузке, датчик напряжения генератора, датчик тока нагрузки и 50 55 ля импульсов управления вентилями. Для осуществления замкнутой системы управления током дроссельного компенсатора выходной сигнал с сумматора 335 поступает на вход блока 34 запаздывания перного порядка, передаточная функция которого равна К/(1+Т), а иэ него на вход компаратора 35 с истереэисом, за счет релейной характеристики которого и обратной связи нле инвертируквтий вход сумматора 33 осуществляется непрерывное отслеживание текущим током компараторл 1.1,(т)т опорного значения 1,отт,15Формирователь 22 импульсов управления вырабатывает импульсы, период которых равен периоду напряжения. енераторл, и с помощью цих управляет работой интеграторов 17, 18, 26, 27 и схем 20,.29 дискретизации с запоминанием отсчетов .Сигналы управления с блока 36 управляют работой четырех вентилей 9- 12, включение которых по мостовой 25 схеме позволяет сформировать мгновенную функцию тока дроссельного комтэецсатора, При прохождении этого сигцлдл через фильтр 8 цз нее фильтруется гармонический сигнал, частота которого равна частоте модуляции выходного сигнала.Суммирование токов 1(т.), Ги т.1(с) н оощем уэпе позволяет ца выходе генератора 1 получить ток(Т), пропорциональный ныртжетцтю 0 Г.1Использование устройств компенсации реактивного тока поэнопцт сократить потери при передаче эцертц. от 40 генераторов к потребителям, устранить многократные обменные процессы между генератором и потребителями и тем самым повысить эффективность энергопотребления различных систем, 45 датчик тока, включенный последовательно с гходными зажимами выходного Фильтра, первый умцожцтель, входы которого подключены к выходам датчика напряжения и датчика тока нагрузки, а выход - к входу первого интегратора, схему дискретизации с запоминанием отсчетов, ныхо; которой подключен к первому входу второго умножтепя, у которого второй вход связан с выходом датчика напряжения, формирователь импульсов управления, выход которого соедицец с управляющими входами первого интегратора и схемы дискретизации с запоминанием отсчетов, выход второго умцожителя подсоедццец к цетннертируютттетту входу первого суммлторл, нттхоц которот о связан с цеицнертирующим нходсм второго суммлтора, ц)нертцрующиц нход которого соедтттец с выходом датчика токл н цетц фтшьтрл, третий с умтор, цецн- ВЕРтттРУЮ 1111 ВХОД КОТОРОГО СОЕДЦЦЕЦ с выходом второго су)тлторл, л выход подсоединен через блок злцазттынанцяпервого порядка к входу 1:омцараторлс ттстерезцсом, выход которого подюдточец к ицнертирующему входу третьего с:умматорл, первый формирователь 1 тмпут 1 ьсо 11 уцр э Гэ.ения Гэецтттдямц ВХОЛ которого снязлц с нт,тхсэдсэм комцарлторлс гцстерезисом, л нтэхптцт подк тючецы к утт)элтэдя)сэттц .электродам тстырех уц - 1 элэт 1 емттх 1 эээцт 1 тттейо т л этл ю ш е е с я тем, что, с топью рлспирецця Ауцктпоцлпьцых нозмож 1)остей гри ре".,птт)эотэлцццецер руем й релктцтэцой мон ности н системс 1 ецерлтор - нагрузя э цл осцотэцсэй и выспитх гармониках с учетом цесицусоидлпьцостц форм тока ц напряжения, н пего введены блтлрея конденсаторов с блоком коммутлцтц на уцрлтэттяемых тэецтцпях, длтчттк тока батареи ксэцдецслторов, дтфферецццлтор, трц у.цтожтттепя, трц интегратора, двл деп;ттедя, схемл дискретизттциц с злпомицлцием отсчетов, формирователь импульсотз упранпетця вентилями, сумматор, причем батарея конденсаторов с блоком коммутации и датчиком тока включена к зажимам для подключения параллельно гене,эатору, вход д;тфферецциатора связан с нссодом датчика напряжения, а выход диффереццилтора связан с обеими входами первого введенного умножителя, первый вход которого связан с выходом датчика тока нагрузки, вторым входом первого утцо 1617528жителя, вторым входом введенного сумматора, первый вход которого связан с выходом датчика тока батареи конденсаторов, выход введенного сумматора соединен с инвертирующим входом первого сумматора, выходы первого и второго введенных умножителей связаны соответственно с входами первого и второго введенных интеграторов, выход второго введенного интегратора связан с первым входом первого введенного делителя, выход первого введенного интегратора связан с вторым входом первого введенного делителя, выход первого введенного делителя через введенную схему дискретизации с запоминанием отсчетов сряэан с входом введенного формирователя импульсов управления вентилями выход(l которого связан с входом введенногоформирователя импульсов управлениявентилями, выход которого связан суправляющими электродами вентилейблока коммутации конденсаторной батареи, оба входа третьего введенногоумножителя соединены с выходом датчика напряжения, а выход умножителячерез третий введенный интеграторсвязан с вторым входом второго делителя, первый вход которого соединенс выходом первого интегратора, выходвторого введенного делителя подключенк входу схемы дискретизации с запоминанием отсчетов, выходы формирователяимпульсов управления подключены куправляющим входам трех введенныхинтеграторов и введенной схемы дискретизации с запоминанием отсчетов.