Регулируемая конденсаторная батарея и способ управления ею

О П И С А Н И Е 1 558349ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к а (22) Заявлено 07,08.75 (2 ид-ву00771 207 М. 1 хг.- гт 02. 31 с присоединением заявки г,Государственный момитет Совета Министров СССР оо делам изобретенийи открытий 23) ПриоритетОпубликовано 15.95 7 БОллете 1 ь .ъ 1871) Здяв 11 тсль 4) РЕГУЛ 1 РУЕМАЯ КОНДЕНСАТОРНАЯ ЕАТАР 1;," 1 т СПОСОБ У П Р А Р тт Е Р 1 11 г 2 гь, Регулируемая конденсаторная батарея предназначена для регулирования напрязкения в электрических сетях в качестве источника реактивной мощности с быстродействующим ступенчатым регулированием и с длительной форсировкой мощности.Известны конденсаторные батареи, в которых ступенчатое регулирование мощности осуществляется путем изменения схемы соединений конденсаторов 1, 21.Однако такие схемы имеют относительно большую кратность форсировки по мощности, наличие, как правило, только одной ступени регулирования и, наконец, возможность осуществления лишь кратковременной форсировки. Известны схемы, в которых ступенчатое регулирование мощности конденсаторной батареи осуществляется путем изменения числа параллельно включенных секций конденсаторов, подключаемых к сети с помощью тиристорных выключателей 31.Однако в этих схемах, особенно при высоковольтном исполнении, необходимо конструировать конденсаторную батарею со ступенями большей мощности, чем это требуется по условиям регулирования,Из известных схем конденсаторных батарей со ступенчатой регулировкой мощности наиболее близким по технической сущности является регулируемая конденсаторная батарея, каждая фаза которой сост 011 т пз 22 последовательно соединенных групп конденсаторов. Регулирование мощности такой батареи осуще ствляется изменением числа последовательносоединенных конденсаторов. С целью увеличения мощности такой батареи при снижении напряжения В сети 1 ясть групп конденсаторов шунтируется выключателями 4.10 Однако в такой схеме при снижении напряжения в сети часть зашунтированньх конденсаторов не используется, а режим форсировкп оставшихся под напряжением конденсаторов может быть лишь крятковрехе 1 ных. Сущест венным недостатком схемы является такжепоявление бросков тока и перенапряжений при коммутации конденсаторов вьключателями.С целью расширения диапазона регулирова ния мощности, и, таким образом, улучшениятехнико-эконо:,нческих показателей регулируемой коидснсаторной батареи предлагаемая регулируемая конденсаторная батарея, состоящая из гг конденсаторных групп, подсоединен ных к сети через тирпсторньш выключатель,выполненный из встречно-параллельно соединенных тиристоров, снабжена дополнительными тиристорными выключателями и системой управления, причем указанные дополнитель- ЗЭ ные тирнсторные выключатели включены между каждой из конденсаторных групп и сетью, между последовательно соединенными конденсаторными группами одной фазы и между конденсаторными группами различных фаз, образуя последовательное соединение этих групп.Управление указанной регулируемой батареей осуществляется способом подачи на управляющие электроды тиристоров управляющих импульсов в интервале от максимума отрицательной полуволны напряжения сети до нуля, причем в каждом очередном тиристорном выключателе первым открывают тири- стор, направление проводимости которого противоположно проводимости последнего тиристора, работавшего в предыдущем выключателе, причем в каждом предыдущем тиристорном выключателе закрывают тиристоры одной и той же фазы, имеющие одно и то же направление проводимости.Сущность изобретения поясняется чертежами и диаграммами, где на фиг, 1 изображена принципиальная схема регулируемой конденсаторной батареи; на фиг, 2 - блок-схема системы управления регулируемой конденсаторной батареи по предлагаемому способу; на фиг. 3 - линейные диаграммы токов и напряжений в схеме по фиг. 1 при переключениях тиристорных выключателей в пределах одной ступени,Регулируемая конденсаторная батарея на фиг, 1 выполнена из двух трехфазных секций. В каждой фазе последовательно соединены три группы конденсаторов 1, 2 и 3. Каждая группа конденсаторов соединена с сетью через трехфазный тиристорный вьпслючатель соответственно 4, 5 и 6. Тиристорный выключатель 7 соединяет последовательно группы конденсаторов 2 и 3 в каждой фазе, а тиристорный выключатель 8 осуществляет последовательное соединение групп конденсаторов 2 различных фаз.Каждый из трехфазных тиристорных выключателей 5, 6, 7 и 8 снабжен индивидуальной системой автоматического управления (фиг.2), образующей логический канал, на вход которого подается напряжение сети, а на выходе формируются управляющие широкие импульсы, поступающие на фазные блоки тиристоров, Каждый из двух тиристорных выключателей 4, принадлежащих различным секциям, имеет двойную систему такого управления. Одна система управления функционирует при работе выключателя 4 в нормальном режиме, когда напряжение сети равно номинальному значению. Вторая система управления вступает в действие при снижении напряжения до величины, при которой необходимо осуществить форсировку. Форсировка, заключающаяся в формировании дополнительной секции, осуществляется одновременным открытием вьпслючателей 4, 7 и 8.Каждая система управления состоит из датчика напряжения 9, блока выбора 10, исполнительного органа 11 и шестиканального гене 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4ратора прямоугольных импульсов 12. В датчике напряжения 9 осуществляется сравнение напряжения на шинах с величиной сигнала установки 13. В зависимости от соотношения этих величин на выходе датчика формируется сигнал О и 1, который подается на вход блока выбора 10, Блок выбора согласует эту команду с порядковым номером того тиристора, начиная с которого должна осуществляться операция открыть или закрыть. Для этой цели блок выбора имеет еще два выхода, связанных с шинами а, о, с, д синхронизации. Две из них а, Ь предназначены для управления тиристорными выключателями 1 секции, две других - с и д - тиристорными выключателями 11 секции. Синхронизирующие импульсы, поступающие непрерывно на шинки, не совпадают по фазе. Команда закрыть или открыть с выхода блока выбора 10 подается на исполнительный орган 11. Исполнительный орган выполнен как логический элемент И с несколькими входами. На выходе исполнительного органа формируется сигнал открыть в том случае, если от смекных каналов поступила информация о том, что их тиристорные выключатели закрыты. Такая связь служит блокировкой от одновременного открытия нескольких тиристорных выключателей в одной фазе. Эта блокировка охватывает смежные тиристорные выключатели, принадлежащие одной и той же секции. Генератор прямоугольных импульсов 12 имеет шесть каналов по числу тиристоров в одном трехфазном тиристорном выключателе.Работа конденсаторной батареи при снижении напряжения сети и при его повышении осуществляется следующим образом.В нормальном режиме (например, при номинальном напряжении сети) конденсаторная батарея (фиг. 1) полностью включена в сеть (выключатели 4 и 7 открыты, выключатели 5, 6 и 8 закрыты). При снижении напряжения в сети осуществляется поочередное исключение из работы группы конденсаторов 1 (выслючатель 4 закрывается, а выключатель 5 открывается). При этом мощность, генерируемая конденсаторной батареей, возрастает, так как благодаря указанному переключению тиристорных выключателей включенными в сеть оказываются только две конденсаторные группы 2 и 3.В случае, если напряжение сети продолжает снижаться, закрывают тиристорные выключатели 5 и 6 и открывают выключатель 6, Закрытие выключателя 7 связано с возможной необходимостью дальнейшей формировки мощности батареи.После указанных операций конденсаторные группы 1 и 2 оказываются отключенными, а напряжение на них сохраняется. Они могут быть использованы для дальнейшей форсировки реактивной мощности батареи. С этой целью, при снижении напряжения при открытых вьпслючателях 6 должны быть дополнительно открыты выключатели 4 и 8, В этом5случае конденсаторные группы 1 и 2 двухсмежных фаз соединяются последовательно спомощью выключателя 8 и включаются в сетьна линейное напряжение, образуя таким образом дополнительную секцию.При повышении напряжения переключениетиристорных выключателей осуществляется вобратной последовательности.Способ управления конденсаторной батареей, выполненной из двух секций, осуществляется следующим образом. Наиболее близким по технической сущности является способуправления 5.Однако такой способ управления не позволяет подать сигнал открыть или закрытьв любой момент времени на любой тиристор.Предлагаемый способ устанавливает наиболее благоприятный момент открытия и закрытия тиристорных выключателей.Способ управления конденсаторной батареей по предлагаемому способу осуществляется следующим образом,Пусть в секции 1 конденсаторной батареи(фиг.1) открыты выключатели 4 и 7, что соответствует номинальному режиму работы батареи. Учитывая последовательность работытиристоров в трехфазном выключателе, можно сказать, что в фазе АВ установлены тиристоры Т 1 и Т 4, в фазе ВС - ТЗ и Т 6, в фазе СА - Т 5 так, что все нечетные тиристорыпропускают положительную полуволну тока,а все четные - отрицательную,Пусть напряжение в сети снизилось так, чтодатчик напряжения 9 (фиг. 2) подал сигналзакрыть на блок выбора 10 тиристорноговыключателя 4 и сигнал открыть на блоквыбора 10 выключателя 5. Тиристорный выключатель 7 остается в работе. Блоки выбора10, согласуя полученную команду с соответствующими шинами синхронизации (напримера - открыть, Ь - закрыть, фиг. 2), выдают сигнал на исполнительный орган 11.Пусть на шину а подается синхронизирующий импульс, совпадающий по фронту управления с управляющим импульсом Т 5 (момент1" на фиг. 3), а на шину В - совпадающийс импульсом ТЗ (момент 1 на фиг, 3). Исполнительный орган тиристорного выключателя5 не выдает команду открыть на генераторуправляющих импульсов 12 до тех пор, покане будут сняты управляющие импульсы с генератора 12 выключателя 4. Благодаря этомусначала закроется работающий (предыдущий)4, а затем откроется очередной 5 тиристорные выключатели и их совместная работа исключается.Таким образом в момент 1 с тиристорныйвыключатель 4 должен закрываться в следующей последовательности работы своихтиристоров (фиг. 3); Т 1 - 4 (1,), Т 2 - 4 (1,),ТЗ - 4 (,). Эти тиристоры несмотря на то, чтоимпульсы с них сняты, продолжают работатьдо указанных моментов, когда ток в них вестественных условиях пройдет через нулевоезначение, Выключение тиристоров происходит5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6поочередно без какого-либо переходного процесса.В момент 1 ю" подают управляющие импульсы на тиристорный выключатель 5. Следуетзаметить, что момент 1 с" должен быть выбранв интервале между задним фронтом импульса ТЗ и передним фронтом импульса Т 5. Совпадение момента 1 ю" с участком импульсаТЗ приведет к закорачиванию конденсаторнойгруппы 1. В то же время, в момент ю", показанный на фиг. 3, благоприятно может включиться тиристор Т 4 - 5. Таким образом, всетиристоры выключателя 5 вступают в работув следующей последовательности: Т 4 - 5 (1 г),Т 5 - 6 (1 з), Т 6 - 5 (1). Все тиристоры открываются при нулевом напряжении на них, а потому практически без переходного процесса.При этом в фазе ВС возникает пауза в токедлительностью 60 град. Тиристор Т 6 - 5 неможет включиться ранее момента 1 ь так какк нему приложено отрицательное напряжение,равное разности между напряжением сети иостаточным направлением на конденсаторныхгруппах 2 и 3. Это остаточное напряжение показано на фиг. 3 пунктиром,В результате прошедшей коммутации конденсаторные группы 2 и 3 включаются на нанапряжение сети, а конденсаторная группа 1отключается. Полярность остаточного напряжения на группе 1 зависит от того, какой изтиристоров выключателя 4 отключился последним.При расфорсировке работа выключателей4 и 5 осуществляется следующим образом.Для того, чтобы избежать разноименной полярности заряда на конденсаторных группах,необходимо запомнить, какой из тиристороввыключателя 4 в каждой фазе закрылся последним при форсировке. Так, например, вприведенном выше случае это были Т 1 - 4,Т 2 - 4 и ТЗ - 4. Именно они и определили полярность остаточного заряда на конденсаторной группе 1. Следовательно, при расфорспровке должны включиться последними тиристоры Т 1 - 5, Т 2 - 5, ТЗ - 5 выключателя 5,то есть, имеющие те же порядковые номера,Для этого сигнал о снятии управляющих импульсов должен поступить на генератор 12 стой же фазой по отношению к напряжениюсети, что и при форсировке. Этим требованиямудовлетворяет момент 1, соответствующий моменту 1, при форсировке (фиг. 3). При этомуказанные тиристоры выключателя 5 закрываются в следующей последовательности:Т 1 - 5, ( ), Т 2 - 5 (Р ), ТЗ - 5 (Ь ).В этих условиях наиболее благоприятныммоментом открытия выключателя 4 являетсямомент 1, который соответствует моменту 1"при форсировке. Начиная с момента 1;, тиристоры Т 5 - 4 и Т 6 - 4 могут открываться приминимально возможном напряжении на них.Если допустить, что форсировка была достаточно продолжительной, чтобы конденсаторная группа 1 полностью разрядилась, то включение этих тцристоров произойдет при нуле.гом напряжении. Таким образом, включение выключателя 4 должно протекать в следующей последовательности Т 4 - 4 (1-,), Т 5 - 4 (1), Т 6 - 4 (8) и работа системы управления будет происходить в той же последовательности, что и при форсировке, однако функциональная роль каналов управления меняется: выключатель 4 открывается, а выключатель 5 - закрывается. Инвертирование функций каналов осуществляется благодаря знаку сигнала, поступающему от датчика напряжения 9. Кроме того, система блокировки исполнительных органов 11 построена таким образом, что сигнал открыть может быть сформирован на выходе лишь определенных исполнительных органов, отвечающих заданному алгоритму переключения тиристорных выключателей.При напряжении, сниженном до уровня, при котором предусматривается включение конденсаторных групп 1 и 2 в самостоятельную третью секцию, система управления (фиг. 2) работает с той же последовательностью, что и при переключениях между тиристорными выключателями 4 и 5. При этом выключатели 4 фазы АВ, выключатели 4 фазы ВС 1-ой секции и выключатель 3 ооразуют однофазный тиристорный блок, управление которым осуществляется синхронно и синфазно.Эффективность применения регулируемой конденсаторной батареи в наибольшей степени проявляется в электрических сетях, для которых характерно существенное (15 - 20% ) и длительное снижение напряжения. В таких случаях мощность конденсаторной батареи должна быть выбрана из условий номинального режима и работа ее должна протекать в среднем с положительным регулирующим эффектом. Это значит, что при снижении напряжения мощность конденсаторной батареи остается неизменной или возрастает.Кроме того, процесс регулирования, связанный с многократной коммутацией конденсаторов при переходе с одной ступени на другую, протекает без существенных бросков тока и перенапряжений. Это свойство позволяет снизить установленную мощность коммутационной аппаратуры и продлить с;:ок службы конденсаторов.Фар м, ла изобретения5 1. Регулируемая конденсаторная батарея,состоящая из и последовательно соединенныхконденсаторных групп, подсоединенная к сети через тиристорный выключатель, выполненный из встречно-параллельно соединенных ти 10 ристоров, отл ич а юща я с я тем, что, сцелью расширения диапазона регулированияреактивной мощности, она снабжена дополнительными тиристор ными выключателями,установленными между каждой из конденса 15 торных групп и сетью, между последовательносоединенными конденсаторными группами одной фазы и между конденсаторными группамн различных фаз, образуя последовательноесоединение этих групп,20 2. Способ управления регулируемой конденсаторной батареей по и. 1 путем подачи науправляющие электроды управляющих импульсов в интервале от максимума отрицательной полуволны напряжения сети до нуля,25 отличающийся тем, что, с целью снижения бросков тока и ограничения перенапряжений при включении тиристорных выключателей, в каждом очередном тиристорном выключателе первым открывают тиристор, направЗО ление проводимости которого противоположно проводимости последнего тиристора, работавшсго в предыдущем выключателе, причемв каждом предыдущем выключателе закрывают тиристоры одной и той же фазы, имею 35 щие одно и то же направление проводимости. Источники информации, принятые во вни. ание при экспертизе:1. Патент ФРГ1165148 по кл. 21(Р; 42/03,40 1959 г.2. Патент Англии958305 по классу Н 2 Н,1963 г,3. Патент США3703680 по классу 323128, 1968 г.45 4. Патент США2990511 по кл. 323-128,1961 г. (прототип).5. Авторское свидетельство СССР275212,М, Кл. Н 021 3/18, 1964.558349 иг,5 тавитель Л. Дементьев Техред М. Семенов ктор анасьев орпектор Н. Подписи Типография, пр, Сапунова Заказ 1153/11 Изд.432 ЦНИИПИ Государственного коми по делам изобретен 113035, Москва, Ж, РТираис 914ета Совета Министров ССий и открытийушская наб., д. 4/5