Способ регулирования установки продольной емкостной компенсации

(19) 1)5 Н 02 3 3/1 Б ТЕН ти элекзованию и может ебуется копере- хозяйст- лироваь напряжение натанциях без устналичие индуктивпитания снижает одольной компеновка про- содержабатарею параметру речное реяет повы- зажимах руемая уста компенсации ованную авляемую по зываемое вст овка позвол ряжения на стна регул емкостной екционир торов, упр нии, так на ние. Уста чество на ктивнои . ща конденс тока в л гулиров шать к вательно ндуктив ми груп ройство ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Вологодский политехнический институт (72) А,И.Игнайкин и В.И.Коротаев(56) Авторское свидетельство СССР М 674149, кл. Н 02 3 3/12, 1975.Авторское свидетельство СССР М 706905, кл. Н 02 1 3/18, 1978.Авторское свидетельство СССР М 1302375, кл, Н 02 Л 3/18, 1987.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТАНОВКИ ПРОДОЛЬНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ(57) Назначение: изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию и распределению электроэнергии, и может быть использовано в сетях, где требуется стабилизация напряжения при резкопеременной нагрузке, а также в сельскохозяйственных сетях. Сущность изобретения: фазное или линейные напряИзобретение относится к обла тротехники, в частности к преобра и распределению электроэнергии быть использовано в сетях, где т стабилизация напряжения при ре менной нагрузке, а также в сельско венных сетях,Известно устройство для рег ния напряжения и компенсации ре мощности, состоящее из последо включенных емкости и линейной и ности, шунтированных биполярны пами тиристоров. Данное уст жения и токи раскладывают на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовател ьностей путем определения углов между векторами тройки несимметричных составляющих напряжений и токов и нахождения проекций векторов на оси комплексной плоскости, определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжений на зажимах удаленных потребителей и при положительном знаке отклонения напряжения уменьшают емкостное сопротивление установки продольной компенсации в фазе с наибольшим отклонением напряжения, а при отрицательном знаке отклонения напряжения увеличивают емкостное сопротивление в фазе с наибольшим по модулю отклонением напряжения на зажимах удаленных потребителей с предварительным определением параметров нового режима работы сети, 7 ил. позволяет регулироват трансформаторных под ройств РПН, вместе с тем ного элемента в цепи эффективность работы пр сации.Изве и дольной45 В 1 = Веод = Од М 1=мод= ф электропотребителей, удаленных от места включения установки продольной компенсации (УПК), однако в ней отсутствует возможность корректировать добавку напряжения УПК в зависимости от уровня входного напряжения и угла сдвига между векторами напряжения и тока в линии, что снижает, эффективность встречного регулирования м в конечном счете отрицательно ска 3 ывается на качестве напряжения нэ зажимах потреоитЕлей.Известнатакже регулируемая установка продольной емкостной компенсации, содержащая секционированную конденсаторную батарею (КБ), управляемую по параметру отклонекия напряжения на входе установки, отклонения тока и угла сдвига фаз между током и напряжением. Данное устройство по своей технической сущности ближе всех к предлагаемому и принято за прототип, Установка позволяет повышать качество напряжения на зажимах электро- приемников за счет коррекции входного напряжения и угла сдвига фаз между напряжением и током в линии. Однако в ней отсутствует возможность корректировать напряжение в зависимости от величин и угла сдвига между фазными напряжениями, что в условиях несимметричной нагрузки отрицательно сказывается на качестве напряжения на зажимах у потребителей.Цель изобретения - симметрирование напряжения на зажимах удаленных потребителей и снижение потерь мощности зэ счет исключения протекания токов обратной и нулевой последовательности в элементах сети,Поставленная цель достигается тем, что фазные или линейные напряжения и токи в сети раскладывают на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности путем определения углов между векторами тройки несимметричных составляющих напряжений и токов и нахождения проекции векторов на оси комплексной плоскости, определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжений на зажимах удаленных потребителей и при положительном знаке отклонения напряжения уменьшают емкостное сопротивление установки продольной компенсации в фазе с наибольшим отклонением, а при отрицательном знаке отклонения напряжения увеличивают емкостное сопротивление в фазе с наибольшим по модулю отклонением напряжения на зажимах удаленных потребителей с предварительным определением параметров нового режима работы сети,Изобретение поясняется фиг. 1 - 6,1, Сети с глухозаземленной нейтралью, С датчиков напряжений снимают значения фазных и линейных напряжений, которые векторно находятся во взаимоотношении, показанном на фиг. 1. Векторы напряжений Од, Ов, Ос в общем случае образуют несимметричную 10 тройку векторов, которая может быть разложена на три симметричных составляющих: прямой, обратной и нулевой последовательности (фиг. 2, 3, 4),Вектор Од совмещают с положительным направлением действительной оси комплексной плоскости. По трем скалярным величинам Од, Ов, Ос, используя теорему20 косинусов, определяют угол между векторами Од и Ов(рдв) рдв=агссоз( г, О, ) (1 1)О 1+О 5 - О 1 в25г Од Ов Аналогичным образом находим угол между векторами Од и Ос рдс = агссоз( г, О, О ), (1,2)30 О 2 д О О 2 с2 Од Ос Угол между векторами Ов и Ос можноопределить из выражения рвс = 360 - рдв - рдс, (1,3) Используя полученные данные, можноопределить проекции векторов Од, Ов, Осна комплексную плоскость В 2 = Веов = -Ов соз(180 -рдв)50 М 2 =мов =-Ов зп(180-рдв) (1 4) Вз = Веос = Ос соз(180-рд Мз =мыс = Ос зп(180-рдс) 55Длину отрезка ВС находят из выражения 1 В С = (Хв - Хс) +(Ув - Ус)2, (1.5)1786591 где Ув=МОв = Мг, Ус=МОс=Мз.Значения прямой, обратной и нулевой5 симметричных составляющих определяют из выраженийО = - (Од+а Ов+аОс) 113Ог = - (Од + аОв + а Ос)13(1,6)3(13 15 где а = -0,5 - ) -2- - оператор поворота вектора на 120;а = -0,5 + ) -2 - оператор поворота3вектора на 240, 20Подставляя значения а и а в выражения 1,6 и используя (1,4)случают01 =3 В 1+ (-0,5+)(Вг+1 3+ 3 Мз) + (-0,5 - ) -2-) (Вг+ )Мг)13301Оо = 3 Я 1+ (В 2+ )Мг) + (ВЗ+ /МЗ)Раскрыв скобки и выделив отдельно действительные и мнимые составляющие векторов, получают 35В 7 = ВеО 1 = 3 (В 1 0,5 В 21(1 10) Коо - О100 %,Оо 1 а отклонение напряжения УЗ 3- Мг - 0,5 Вз+ Мз) М 7= 1 МО 1= 3 (-0,5 М 2+ 140 Од; Я 2 - ДЕйСтВИтЕльная чаСть вЕКтОра на 3 13(1.8)45ОВ;Яз - действительная часть вектора наи ряжен ия Оо,50Мз - мнимая часть вектора напряженияОс;- 0,5 Мз- - г Яз)3Во = ЯеОо = - (В 1+ В 2+ Вз)13Мо =1 МОо = - (М 2+ МЗ)13 ХВ = ЯеОВ = Я 2, ХС = ЯеОС = ВЗ,3 3- -2- М 2 - 0,5 Вз - -2- Мз) 1 3 М 8 = 1 мО 2 = - (-0,5 М 2 -Я 2 3Далее определяют модуль векторов прямой, обратной и нулевой последователь- ности где Он - номинальное фазное напряжение. Принятые сокращения:О 1 - напряжение Од;02 - напряжение ОВ;Оз - напряжение Ос;О 4 - напряжение Одв;О 5 - напряжение Овс;О 8 - напряжение Одс;В 1 - действительная часть вектора напряжения Од; М 1 - мнимая часть вектора напряжения пряжения Ов; М 2 - мнимая часть вектора напряжения О 7 - модуль вектора напряжения прямой последовательности О 1; Я 7 - действительная часть вектора напряжения прямой последовательности О 1; М 7 - мнимая часть вектора напряжения прямой последовательности О 1;1786591 В 4 = ВсОАВ = ОАВ5 М 4 = 1 мОАВ = Ф В 5 = ВеОвс = -ОВссоз а 1 обратной последовательности О 2; М 5 = 1 м Овс = Овсз 1 и а 1Оо - модуль вектора напряжения нулеВб = ВеОсА = -ОсАсоз а 2+ (В 5+ )М 5)1Выделяют отдельно д йствительную и нимую составляющие векторов О 1 В/1= ВеО 1 =(В 4 реносят в начало координат Осд (показаны пунктиром), ным величинам Одв, Овс, т значения углов а 1 и а 2 Одв (фиг. 6). Пе векторы Овс и По трем скаля Осд определяю/3- 0,5 М 5 + -у-В 5)/3 Углы междений определ вс = 180- а 1=рдв = РАВ д= 180 -62 г (2.3 Юо = ВеОо = (В 4+ Вб+ В 5)/3Йо = 1 мОо = (Мб+ М 5)/3 д=а 1+а 2 Оо - модуль вектора напряжения обратной последовательности О 2;В 6 - действительная часть вектора напряжения обратной последовательности О 2; Мв - мнимая часть вектора напряжения вой последовательности Оо; Во - действительная часть вектора напряжения нулевой последовательности Оо, Мо - мнимая часть вектора напряжения т 1 - угол между векторами Од и Ов(рдв): т 2 - угол между векторами Ов и Ос(рвс): Тз - угол между векторами Од и Ос (рдс);А 5 - расчетное значение модуля вектора ВС;К 2 и - коэффициент обратной последовательности напряжения;Коо - коэффициент нулевой последовательности напряжения;11, Сети с изолированной нейтралью В сетях с изолированной нейтралью определяют три линейных напряжения Одв, Овс, Осд, векторы которых образуют замкнутый треугольник (фиг, 5). При разложении на симметричные составляющие с положительным направлением действительной оси комплексной плоскости совмещают вектор Одв + ОЬ - Овс а 2 = агссоз(; ). (2.2)у векторами линейных напря- яют Проекции векторов линейных напряжений на комплексную плоскость составят Значения прямой, обратной и нулевой 15 последовательностей симметричных составляющих тройки линейных напряжений находят из выражений О 1= - (Одв+ а Осд+ аОвс)23 2012 О 2 = - (Одв+ аОсд+ а Овс) (2.5) 3 1 Оо = (Одв+Осд+ Овс)3Подставляя значения а и а и используя25 выражения (2.4), получат.1786591 10 нулевой последовательности Оо;1/о - МОДУЛЬ ВЕКтОРа НаПРЯжЕНИЯ НУЛЕвой последовательности Оо,дО - отклонение напряжения втрехфазной сети;К 2 и - коэффициент обратной последовательности напряжения;20 Кои - коэффициент нУлевой последовательности напряжения.Аналогичным образом раскладываютсяна три симметричные составляющие й несимметричная тройка токов, протекающих в 25 линии, при этом дополнительно учитываются углы сдвига между напряжением и токомсоответствующей фазы р. жений Одв и Осд: 1 = - ( д + а в + ас)132 = - (А+ аВ + а С)13о = - (А + В + С)13 30(1.12) Осд в несимметричной тройке линейных напряжений;Т 6 =. рб - аналогичный угол между век 35 нейного напряжения Одв; М 4 - мнимая часть вектора линейного 40 01 п=01-1 Е 1 02 п = 0 2 - 2Ъ Ооп = Оо- о 2 о напряжения Одв;(1,13) ,Г 45 м ГДЕ 71, 22, Ео - СООтВЕтСтВЕННО СОПРОтИВЛЕ- ния прямой, обратной и нулевой последовательности участка цепи питания от места установки УПК до удаленного потребителя,Отклонения напряжения в каждой фазе составят; 55д О -О0 100;, (1.14)О ном Модули векторов прямой, обратной инулевой последовательности определяют 1 О 1 1 = иЯ 4. 81 = ч 1 О 2- Ян у 2 (2,8)о. =Я+и =ч.Коэффициенты обратной и нулевой последовательностей напряжений, а также отклонение напряжения определяют по выражениям, приведенным выше (1.10 и 1.11),Принятые сокращения:04 - напряжение Одв;05 - напряжение Овс;06- напряжение Осд;1 = а - угол между векторами напряжений Одв и Овс;2 = а 2 - угол между векторами напряТ 4 = р 4 - угол между векторами Одв и Овс в несимметричной тройке линейных напряжений; Т 5 =р 5 - угол между векторами Одв и торами Овс и Осд; й 4 - действительная часть вектора лиЙ 5 - действительная часть вектора Овс;М 5 - мнимая часть вектора Овс;йб - действительная часть вектора Осд; Мб - мнимая часть вектора Осд;О/1 - действительная часть вектора напряжения прямой последовательности 01; Й 1 - мнимая ча,ть вектора напряжения прямой последовательности 01; Ч 1 - модуль вектора напряжения прямой последовательности 01; И 2 - мнимая часть вектора напряжения обратной последовательности 02; Р/2 - действительная часть вектора напряжений обратной последовательности 02 1/2 - модуль вектора напряжения обратной последовательности 02; Юо - действительная часть вектора напряжения нулевой последовательности Оо; йо - мнимая часть вектора напряжения Симметричные составляющие напряжения на зажимах удаленного потребителя определяют по выражениям где- А, В, С - фазы сети.5 10 Од= Од - )д ЬХкд Коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжения удаленных ПОтРЕбИтЕЛЕй К 2 Оп И Коапп ОПРЕДЕЛЯЮТ ПО известным выражениям (1.10),Для уменьшения коэффициентов обратной и нулевой последовательности напряжЕНИй К 2 Оп И КоОп НЕОбХОДИМО ИЗМЕНИТЬ емкостные сопротивления отдельных фаз УПК, при этом, если отклонение напряжения в трехфазной сети, определяемое из выражения дО (ЗО 1 пном, 100 о(1 15)Оном больше нуля, то следует уменьшить сопротивление в той фазе сети, в котозоой дО наибольшее, и наоборот при дОп(0 - увеличить емкостное сопротивление УПК в той фазе, где дО 1 наибольшее по амплитуде с отрицательным знаком. Возможно и одновременное переключение Хк в двух фазах УП К - в одной фазе Хк уменьшают, в друго увеличивают (это в тех случаях, когда дОп бЛИЗКО К НУЛЮ, а К 2 ип И Коип ВЫХОдят За требуемый диапазон).При дискретном регулировании емкостного сопротивления УПК перед переключением необходимо выполнить проверочный расчет, для исключения такой ситуации, когда после минимального изменения Хк 1 в одНай ИЗ фаэ СЕТИ КОЭффИцИЕНтц К 2 Оп И Коапп возрастут. Проверка осуществляется следующим образом, После изменения емкостного сопротивления в любой из фаз сети, например в фазе А на величину ЬХкд, напряжение на выходных зажимах УПК составит ОВ =ОВ (1,16)Ос =ОсДалее аналогичным образом, в соответствии с выражениями (1,12 и 1.13) определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности у удаленных потребителей,Таким образом, реализуя емкостное сопротивление УПК по предлагаемому способу, можно одновременно улучшить два важныхпоказателя качества электроэнергии: уменьшить отклонение напряжения и понизить коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжения на зажимах удаленных потребителей.На заключительном этапе проверки определяют потери мощности на участке сети от УПК до потребителя: 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ЬР.= 11 Г 1 О 12 Г 2 О 1 о ГоЛО = (1 Х 1+ 2 Х 2+ о ХоПроверочный расчет может производиться и при возможности изменения емкостного сопротивления в других фазах УПК, В результате, для преключения Хк выбираЮт таКОй РЕЖИМ, ПРИ КатОРОМ дОи, К 2 ип, Коапп на зажимах потребителя не выходят за границы, требуемые ГОСТ 13109 - 87, а потери мощности на участке сети от УПК до потребителя будут минимальны.С изменением любого из параметров режима (Од, ОВ, Ос,д,В, С) вновь осуществляется пофазная коррекция сопротивления УПК.На фиг, 7 представлена схема установки, реализующая способ.Установка продольной компенсации состоит из секционированной КБ 1, трансформатора тока 2, блока коммутации секций КБ 3, трансформаторов напряжения 4, входного устройства тока 5, входного устройства фазного напряжения 6, входного устройства линейного напряжения 7, преобразователя напряжение-частота 8, селектора частоты 9, формирователя образцовых промежутков времени 10, счетчика временных интервалов 11, буферного регистра 12, формирователя исходного состояния 13, мультиплексора каналов 14, вычислительного устройства 15,Установка работает следующим образом.Сигналы, пропорциональные току в линии и напряжению на входе УПК, снимаются с трансформаторов тока 2 и напряжения 4 и поступают на соответствующие входные устройства 5, 6, 7. Входные устройства 6 и 7 представляют собой делители напряжения, а 5 - шунт для приведения входного сигнала к рабочему уровню преобразователя напряжение-частота 8. С выхода блока 8 частота, пропорциональная входному сигналу, поступает на селектор частоты 9, который за строго определенные промежутки времени, сформированные формирователем образцовых промежутков времени 10, выдает эту частоту на счетчик временных интервалов 11. С выхода счетчика 11 значение частоты в двоичном коде поступает в буферный регистр 12. Этот регистр необходим для того, чтобы согласовать по времени информацию с выхода счетчика с поступлением этой информации на вход вычислительного устройства 15. Так как вычислительное устройство имеет ограниченное количество входов, то информация из буферного регистра считывается через мультиплексор каналов 14, Вы13 1786591 г.2. У числительное устройство 15 представляет собой микроконтроллер в однокристальном исполнении, или может быть выполнено на отдельных элементах. Алгоритм расчета отклонения напряжения и коэффициентов обратной и нулевой последовательности, а также выбора емкостного сопротивления УПК в виде программы записан в постоянное запоминающее устройство. Таким образом, интервал измерения, который задается формирователем образцовых промежутков времени 10, разбит на два участка - опрос сигналов с датчиков и вычисление результата измерения, После вычисления результатов выдается управляющий сигнал на блок коммутации секций КБ 3, Система измерения и вычисления приводится в исходное состояние формирователем исходного состояния 13, после чего цикл повторяется. Применение способа позволяет методически более точно производить регулирование напряжения и гибко использовать современную элементную базу. Все блоки устройства выполнены на стандартной элементной базе и могут быть реализованы, например, на микросхемах серий К 155 и К 1816. Формула изобретения Способ регулирования установки продольной емкостной компенсации, при котором измеряют фазные и линейные 5 напряжения и токи в сети, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью симметрирования напряжения на зажимах удаленных потребителей и снижения потерь мощности в элементах сети, фаэнце и линейные 10 напряжения и токи раскладывают на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности путем определения углов между векторами тройки несимметричных составляющих напряже ний и токов и нахождения проекции векторов на оси комплексной плоскости, определяют отклонения напряжения и коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжений на зажимах 20 удаленных потребителей и при положительном знаке отклонения напряжения уменьшают емкостное сопротивление установки продольной компенсации в фазе с наибольшим отклонением напряжения, а при отри цательном знаке отклонения напряженияувеличивают емкостное сопротивление в фазе с наибольшим по модулю отклонением напряжения на зажимах удаленных потребителей с предварительным определением 30 параметров нового режима работы сети.1786591 г,иг .1,КоРРектоР О,кравцо Редактор Т,Федотов Заказ 253 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/