Способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности

-ХК =уфОком(т) щей сети Цель иа компенсмощностионтуре прессах,На фиг стройства у в узле; ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР СГИИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРГКСМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт проблем энергосбереженияАН УССР(54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ НЕАКТИВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХМОЩНОСТИ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам компенсациинеактивных составляющих мощности, иможет найти применение в системах энергоснабжения электротехнических и энеогетических цепей с искажающими нагрузкамидля повышения эффективности передачи икачества потребления электроэнергии прилюбых формах кривых тока и напряжения.Целью изобретения является повышениекачества компенсации неактивных составляющихх мощности по току в узле или напряжению в контуре при несинусоидальныхэнергопроцессах. Измеряют мгновенные Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам компенсации неактивных составляющих мощности, и может быть использовано в системахэнергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими нагрузками для повышения эффективности передачи и потребления электроэнергии при любых формах кривых тока и напряжения. 5 Ц 1 УО 2482 А значения тока (ц нагрузки и напряжения Оф источника или напряжения 0(Т) нагрузки и тока ф) источника при работе источника в режиме генеоатора ЗДС или генератора тока, которь;е раскладывают на гармонические составляющие 1(т) и Ок(т) с последующим сдвигом на четверть периода собственных частот. получая сопряженлные гармоники (;) и Ок(т), выделяют одноименные(К= Ц и отсутствующие в спектре напряжения источника гармоники тока нагрузки или гармоники напряжения нагрузки, отсутствующие в спектре тока источника при компенсации по току в узле или напряжению в контуре, формируют сигнал тока кои(1) или напряжения Око(т) компенсации 1 коьф=(т лк = (т 1+Й. (т)ДТ)1 - ) цк(Т), который приводят кК 4. уровню тока (напряжения) пигенерируют в сеть. 2 ил,бретения - повышение качес ии неактивных составляющи току в узле или напряжению несинусоидальных энергопр 1 приведена структурная схемпоперечной компенсации по тона фиг, 2 - структурная схемуст)ОЙствз прОдольной комгенсз,ии по нз. пряжениа в контуре,Устройство попере:1 ной компенсации неактивных сОстаВляю 1 цих мощности пп с ку в узле содержит(п+т 1)-канальное уст 1)а 11. 5 ство формирования управлявшего параметра, которое состоит из дачиков напряжения 1 и тока 2, подсоединенньх соот. ветственно входами к зажимам исто 1 ник; и шине нагрузки, з выходами - к входам,:р 11 гивных фильтров гармоник ", и 4 ,),Ф ) и) выходов которых под 1 Л 11)че 1;ы (и 1 Вх:- дам схемы о сравнениг (СС"связзн 1 О 11 -,. вы)оду с 2 п упрзвляощими Входами ко:, 1,- таторз 6 (К), информзциОнн 1) и; вхОДОВ 15,- 5 торо го и Одкл ючен ы к с дноимен ны 11 Выходам АФГ 4; фазосдви 1 зюдих уст 1)ОИстз 7 и 8 (ФСУ); генераторов 9 и 10 квздратиных функциЙ, 2 п входов ксторых соеди ены с одноименными выходами АФГ 3 и ФСУ , 20 Я Г ВыхОДГ 1 в - с Входами сумматора 11, сБ 5;- янногО Г)О 1 Выходу со втОрыми и входзмл делителя 12, первые и Входов котооосо пс 1 Д- клк)чаны к Выходам ФСУ 1; умножителей 13 л 14, первые и входов которых связаны с 25 одноименными выходами АФГ 3 и ФСУ 7, а вторые - с одноименным Вплодами ФСУ 8 и 15, 6, выходы котОрых Гюдкл 1 Очен 1 сООтв 1 Г- стввнно к суммирук)щему и вычитяюцему входам сумматора 15, умножителя 16, пад соединенного своими первыми и вторыми и входами к выходам делителя 12 и сумматора 15; сумматоров 17 и ";8. входы котоых подклк чень 1 к (гп - и) выходам коммутатора ) и и выходам умножителя 16; с мматорз 19, сум- Э:)1 мируаший вход ксторого ссединен с ВыхоД 011 сумма гОсз 1 8, 3 вычитзюцийс выходом сумматора 1, 3 "с 1 кж:; исполни" тельное ус) Оойство, состояцее из трансформатора 20 нзпря)ен ля, первичная 410 Обмогка которОГО является нагрузкой пита" ЮЩЕЧ 1 СЕТИ, 3 ВТОРИЧнд 51 ЕКЛЮЧЕ 1 З В ЦИЗГО" нзль г.вре 11 енного тока выпр 51 мител 21; сглз.кивающего фильтра 22 Однополярный Вход которОГО НЯГОужен ня дизГО 1 зль постэ 45 янного тока выпрямителя 21, я положительный и Отрицательный выводы явля 1 отся входами питания двухтактлого ключевого усилителя 23 класса АО, Я нулевой выв 1)Д подключен к нулевой шине сети; сглаживз ющего дросселя 24, связывающего Выход усилителя 23 с ненулевой шиной сети; датчика 25 тока, по входу подключенного между дросселем 24 и ненулевой шиной, а по В 1- ходу - к вычитзощему входу сумматора 25, 55 сьязанного по входу с сумматором 19; компзраторя 27, подкг юченного по входу к выходу сумматора 26, з г 1)ямым и инверсным выходами - к входам усилителя 28, Зыковы кото) ОГО подключен 1 к упре)влйк)щим входа.1 . ловы) кл 1 очей усилителя 23.Устройство продольной .компенсации нвяктив, ы): со,;тзвляюцих мОщности по 1.яг 1:;51 лО 1 Ио в контуре содержит (и+и канальное устройство Формирования управля 1 ощего параметра, которое состоит из )атчиковтОка 1 и нзпря)кениЯ 2, пОДключенных соответстВенно к шинв истОчнлкэ и за" жимам нагрузки, а выходами - к входамактивных фильтров 3 и 4 гармоник, и и и) ьыходов которых подключены к (и+и в Дам схемы 5 сравнения, связанной и. выходу с 2 гп управляющими входами коммутатора 6, информационные входы коОэого подключены к одноименным выходам 1 ФГ 4; фазосдвигзнцих устройств 7 и8; генраторов 9 и 10 квадратичных функЦий, г,Л ЕХОГОВ К"ТОГых СОЕДИ-ВНЫ С ОДНО имв 11 ы 1.и выходами АФГ 3 и ФСУ 7, а ивы:одов - С Входами сумматора 11, связанно О по входу вторыми и входами делителя 12, пег в 1 В и входов которого псдключены к В,1 эдам ФСУ "; умножителей 13 и 14, первые л входов ко орых связаны с одноимеными Вьх)дами АФГ 3 и ФСУ 7, а вторые - с1 НО 1 менным 1 е 5 ыодами ФСУ 8 и К 6,;;Ды которых подключены ссответствен-.о к суммиру ощему и вычитзющему входам сумматора 15; умно)кителя 16, подсоеди- НЕННОГО СВОИМИ ГЕ,ЭВЫМИ И ВТОРЫМИ П ВХО- цзми к выходам делите) я 12 и сумматора 15;."ум 11 зто)ов ,7 и 1 ь, Входы коо 1)ых подкл 1 счзне к (Гл и) ВыхОДам коммутатора 6 и л вьходам умножителя 16, сумма- Орз 19, суммирующий вход которого соединен с Выхоеом суммвтОра 18, 3 вычит,".юЦий - с выходом сумматора 17; з также исголнительное устройство, состоящее из выпрямителя 21, подключенно 1 о по входу к потребителю и нзгруженногс на сглаживаюьций фильто 22, положлтельный и отрицательнь й )ыходы которого г.разуют источник питания для двухтактного ключевого усилителя 23 класса АО, а нулевой вывод подсоединен к нулевой шине фильтра 29, ненулевая шина которого является выходом усилителя 23, трансформатора 2 О напряжения, являощегося нагрузкой фильтра 29, вторичная обмотка которого включена вненулевую шину питающей сети; выпрямителя 30. Соединенного по входу с датчиком 2 нзпря)кения, а по выходу - с фильтром 31,подключенным к суммирующему входу сумматооз 32, вычитаюший вход которого связан с выходом датчика 33 напряжения;.Уммзтора 34, первый вход которого является выхором сумматора, 19 (устройства формирования упрввляощего паоаметра), аВторой еход - выходом сумматора 32;, компаратора 35, по входам связанного с выходами сумматора 32 и генератора 36 модулирующей функции, а по выходам через усилитель 28 - с информационными входами усилителя 23.Устройство поперечной компенсации по току в узле, реализующее способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности, работает следующим образом.Датчики напряжения 1 и тока 2 измеряют напряжения, пропорциональные мгновенным значениям напряжения источника О(1) и тока нагрузки (1), Измеренные сигналы поступают на входы активных фильтров гармоник 3 и 4, на выходах которых формируются гармонические составляющие напряжения. источника Ок(1) (К= 1,й) и тока нагрузки ф) ( =1,гп). Схема 5 сравнения анализирует спектральный состав измеренных сигналов и управляет коммутатором 6, который по и каналам пропускает одноименные с напряжением гармоники тока на входы и каналов ФСУ 8 и умножителя 14, а по (гп - и) каналам - разноименные с напряжением гармоники на входы сумматора 17. Умножители 9, 10, 13, 14, 16, сумматоры 11 и 15 и делитель 12 в каждом из и своих каналов формируют сигналы лГО к(т) М)-О к(е).(1 а Ст)+к С)(1) при К=, где сдвиг гармоник Ок(т), .(с) на четверть периода собственных частот реализуют фазосдвигающие устройства 7 и 8, Сумматор 18 осуществляет сложение функций на и выходах умножителя 16, а сумматор 17 - сложение несовпадающих с напряжением гармоник тока. Разность полученных сумм определяет сумматор 19, в результате чего на сумматор 26 поступает сигнал, формализуемый выражением (1),В процессе работы устройства трансфорл атор 20, выпрямитель 21 и фильтр 22 обеспечивают двуполярное питание усилителя 23, работающего в ключевом режиме, сглаживание выходного тока которого осуществляет дроссель 24. При формировании сигнала управления усилителем 23 датчик 25 тока с коэффициентом трансформации, равным коэффициенту трансформации датчика 2 тока измеряет мгновенные значения напрякения, пропорциональные току компенсации, Сумматор 26 определяет рассогласование между управляющим и сформированным сигналами тока компенсации. Компаратор 27 из сигнала рассогласования формирует две инверсныеимпульсные по:.,зловательности по закону Ш И Р. Усилитель 28 обеспечивает необ ходи. мую мощность сигналов управления, Ключевой усилитель 23 с дросселем фильтра 24 формируют кривую тока, повторяющую по форме управляющий сигнал на суммирующем входе сумматооа 26, который генерируот в питающую сеть,10 15 20 25 30 35 40 Устройство поодольной компенсации по напряжению в контуре, реализующее способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности, работает следующим образом,Датчики тока 1 и напряжения 2 измеояют напряжения, пропорциональные мгновенным значениям тока источникаи напряжения нагрузки О(т). Измеренные сигналы поступают на входы активных фильтров гармоник 3 и 4, каждый из каналов которых выделяет ту или иную гармонические составляющие тока источника (1)1,п) или напряжения нагрузки Ок(1) (К=Тлй), реализуя тем самым разложение в ряд Фурье, Схема 5 сравнения ангпизирует спектральный состав измеренных сигналов и управляет коммутатором, который по и каналам пропускает одноименные с током гармоники напряжения на входы и каналов фазосдвигающего устройства 8 и умножителя 14, а по (п 1 - и) каналам - разноименные с током гармоники на входы сумматора 17. ФСУ 7 и 8 осуществляют сдвиг одноименных гармоник тока и напряжения на четверть периода собственных частот, Умножители 9, 10, 13, 14, 16, сумматоры 11 и 15 и делитель 12 в каждом из и своих каналов формируют сигналыГГОк-Ок И2 2+(т.) Б процессе работы устройства выпрямитель 21 и фильтр 22 обеспечивают двуполярное питание усилителя 23, работающего в ключевом режиме, сглаживание выходного напрякения которого осуществляет фильтр 29. При формировании сигнала управления усилителем 23 выпрямитель 30 и фильтр 31 преобоазуют переменное напряпри К= . Сумматор 18 осуществляет сложение функций со всех п выходов умножителя 16, асумматор 17 - сложение несовпадающих с током напряжений гармгчик, Разность полученных сумм определяет сумматор 19, в результате чего на сумматор 34 поступает сигнал, функция которого соответствует (пропорциональна) напряжению компенсации, 1702182жение, пропорциональное мгновенным значениям напряжения нагрузки, в посто. янное, Выпрямитель 21 и датчик 33 напря. жения преобразуют переменное напряжение на зажимах источника в про 5 порциональное постоянное, где коэффици. ент деления датчика 33 равен коэффициенту трансформации датчика 2, Сумматор 32 вы. числяет разность постоянных напряжений на выходах дачиков 31 и 33, которая сумми руется с напряжением, пропорциональным напряжению компенсации, посредством сумматора 34, Это позволяет учесть рассог. ласование напряжений источника и потре бителя, что является важным при 15 формировании управляющего сигнала уси лителем 23 по закону широтно-импульсной модул я ции, Модуля цию реализует компарз" тор 35, на первый вход которого поступает сигнал напряжения компенсации с учетом 20 рассогласования напряжений источника и нагрузки, а нз второй - сигнал генератора Зб модулирующей функции, частота которого в б - 8 раз превышает частоту максимальной учитываемой гармоники напряжения 25 нагрузки, Промодулированный сигнал через усилитель 28, обеспечивающий НЕобходимую мощность сигнала управления, поступает на информационные входы усилителя 23, В питаощую сеть напряжение 30 компенсации генерируется посредством трансформатора 20 напрямения. Предлагаемый способ динамическойкомпенсации позволяет повысить качество 35потребляемой энергии и компенсироватьнеактивные составляющие мощности принесинусоидальных энергопроцессах как потоку в узле, так и напрям(ению в контуре.40 Формула изобретения Способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности по току в узле или напряжению в контуре, заключающийся в том, по измеряют напряжения, поопорциональные мгновенным значениям тока ф) нагрузки и напряжения Це) источника или напряжения О(т) нагрузки и тока 1(1) источника при работе источника соответственно в реж.ме генератора ЭДС или енераторз тока, которые раскладывают на гармонические составляющие 11., Ок(1) с последующим сдвигом на четверть периода собственных частот, получая сопряженные гармоники 11.(т), Ок(т), и генерируют,в питающую сеть ток 1 ком(т) или напряжение Оком(1) компенсации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества компенсации неактивных составляющих мощности по ТО" ку в узле или напряжению в контуре при несинусоидальных энеогопроцессах, выделяют одноим нные (К=1) и отсутствующие в спектре напряжения источни(3 Гармоники тока нагрузки (1.К) при компенсации по току в узле или Отсутствующие в спектре тока источника гармоники напряжения нагрузки (К1.) при компенсации по напряженио в контуре, формируют сигнал тока или НЗПРЯжЕНИЯ КОМПЕНСЗЦИИ