Способ компенсации обменной и реактивной мощности — SU 1480014 (original) (raw)
(7,1) Институт электродинамики АН УССР(56) Супрунович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 186.Яиргопоч 1 сг Н. Роргача Узро 1 сг 3.1 а шосу Жонасом рггеМзгса 1 гпЫоюу Уагзгача; УМТ, 1981, з. 140.(54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ОБМЕННОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ(57) Изобретение относится к электро энергетике и электротехнике, Цель - расширение функциональных возможностей при регулировании реактивной мощности в цепях с несинусоидальными формами токов и напряжений. При компенсации обменной и реактивной мощ-, ности параллельно потребителю подключается компенсатор таким образом, чтобы между генератором, с одной стороны, и телем, с д бып сведен еи, т.е, подсистема, состоящая изкомпенсатора и потребителя, должнапотреблять от генератора либо тольактивную энергию, либо обменнаяэнергия в сечении генератор - компенсатор и потребитель сводится кфиксированной величине. Реактивная мощность определяется по обменноиэнергии, т.е, энергии, накопленнойв реактивных элементах на интервалах,когда происходит передача от генератора в потребитель, либо на интервалах, когда отсутствует возвратэнергии в генератор. Обменные энергияи реактивные мощности при предположении постоянной интенсивности преобразователя электромагнитной энергиив другие виды вычисляются по формулам, приведенным в описании изобретения. Выбор типа компснсируемойобменной энергии и реактивной мощпп сЬ ности зависит от режима работы систмы и требований, предъявляемых ккомпенсации энергии. 1 ил. Изо х щностимами то лировании реактивнои к электроение относи ными ф ике, в частктивных нагс нес н Н ряжении.чертеже изображена струкустройства компенсации,о предлагаемый способ.уктурная схема компенсаторит генератор 1, потребител3 напряжения, датчик 4 то и реае нныхетяхных к компен бщепро ности турна реали и автономпомощью мпенсарузок в ных эле хема ующе рическихих вентил та торо Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей при регу; датчи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ энергетике и электроте омпенсатором и потребигой, отсутствовал илиминимуму обмен энергиблоки выделения нулевых значенийнапряжения 5 и тока б, умножитель 7,вычислитель 8, блок 9 вычитания,источник 1 О ойорного напряжения,формирователь 11 импульсов, ключевыеэлементы 12-15, накопитель 1 б.Способ компенсации обменной и реактивной мощности заключается в следующем. 1 ОПри компенсации обменной и реактивной мощности в соответствии спредлагаемым способом компенсацияосуществляется с помощью устройства,подключаемого параллельнопцтребителю 15таким образом, чтобы между генератором, с одной стороны, и компенсатором и потребителем, с другой, отсутствовал или был сведен к минимумуобменфэнергией, т.е. подсистема, 20состоящая из компенсатора и потребителя, должна потреблять от генератора либо только активную энергию,либо обменная энергия в сечении генератор - компенсатор и потребитель 25сводится к фиксированной величине.Широкое использование вентильныхпреобразователей в энергосистемах исистемах электропитания приводит ксущественным искажениям токов и напряжений питающей сети, что значительно усложняет работу как других потре. бителей, так и генераторов электромагнитной энергии. Разработка способов компенсации реактивной мощности,основанных на реальных физическихпроцессах в системе с вентильнымипреобразователями, позволяющих учестьгенерацию и потребление реактивноймощности не только на основной, но 40и на высших гармониках сигнала иописываемых достаточно простыми интегральными соотношениями, в цепяхс несинусоидальными токами и напряжениями является важным и актуальным.45Способ компенсации реактивноймощности целесообразно создать наоснове определения реактивной мощности в соответствии с обменнымипрцеса и емеТгд раинаямощность определяется по обменнойэнергии, т.е. энергии, накопленнойв реактивных элементах на интервалах, когда происходит передача энергии от генератора в потребитель ( ), либо на интервалах, когда осутствует возврат энергии в генератор (Г +). Обменные энергии 11 оь1 оба1 оба и реактивные мощности О, О , О, лри предположениифф 2постоянной интенсивности преобразования электромагнитной энергии В другие виды вычисляются по формулам Р- Р 14 рб, Р (т + ег ) Р й , (2) Р е - Р (г. + е )е (3) Юоб,ц -ц 11 о 61 ф 1 о1(4) Угде Р - среднее за перид значениеположительной мгновенной Для определения интегральных характеристик при компенсации вначале требуется измерить мгновенные значения тока потребителя х и напряжения генератора Б. По полученным функцйям 1(Г) и Б(1) вычисляют мгновенные значения мощности (Р(С)Б(й)1(С). Интегрируют функцию мощности;Р - среднее за период значениеотрицательной мгновенноймощности1+ - сумма интервалов времени,на которых мгновенная мощность положительная;сумма интервалов времени,на которых мгновенная мощность отрицательная;Сф - сумма интервалов времени,на которых элементы системыотключены друг от друга;Т - период кривой мгновенноймощностиТ = Т + с +Если обменная мощность И а характеризует обменные процессы в системепри отсутствии интервала с , тогдакак сощности М 1, У еб характеризуют соответственно обменные процессысо стороны генератора или потребителя.Выбор типа компенсирующей обменнойэнергии и реактивной мощности (выражения (1) - (4 зависит от режимаработы системы и требований, предъявляемых к компенсации энергии. Компенсация обменных энергий Ч Оц,И Ов и соответствующих им реактивных мощностей Я, ООпроизводитсяидентично. Рассмотрим компенсациювеличин Ч и О (выражения (1),мгновенной мощности Р(1:) на пртяжении интервалов времени 1: и, соответветствующих положительным иотрицательным значениям мгновенной5 МОЩНОСТИ. ПРИ ЭТОМ заПОМИНаЮт УСРЕД- ненные сигналы Р и Р , соответствующие результату .интегрирования, и хранят запомненные значения сигналов на протяжении интервалов интегри рования. Сами интервалы времени и 1-, соответствующие положительным и отрицатльным значениям мгновенной мощности, определяются по моментам перехода через ноль напряжения и 15 тока. Далее производится вычисление обменной энергии У о по формУле (1), как разность запомненных сигналов на 20 протяжении интервалов интегрирования. Реактивную мощность О определяют по формуле (4) за период кривой мгновенной мощности. Вычисленные интегральные величины сравниваются с эталонными и получают значения06 06 11 06 номном 7 О. В частном случае овном = О О, Ом = О.30Если О ов ом)О, топроизводится частичная компенсация обменной (реактивной) мощности; если ОБ ном (О,ом) = О то производит 35 ся полная компенсация обменной (реактивной) мощности. Для полной или частичной компенсации обменной и реактивной мощности необходимо использовать накопительный элемент, который на интервалах отрицательной мгновенной мощности на зажимах потребителя принимает энергию от потребителя и на интервалах положительной мгновенной мощности на зажимах потре бителя отдает энергию потребителю. В накопителе должны быть предусмотрены меры, исключающие потребление энергии от генераторов. Длительность включения накопителя в режимах потребления50 или генерирования электромагнитной энергии определяется значением ЛЮТ, скоростью заряда и разряда накопителя. Следовательно, в соответствии со способом компенсации запасают энергию,55 на интервалах отрицательной мгновенной мощности и возвращают накопительную энергию на интервалах .положительной мгновенной мощности потребителя. В частном случае можа положитьз вар( )Рар Р вр ор РаЭР 06 фярогде Св (т. р ) - нремя начала заряда(С) (Р ра ор (С) м 3 новенкая мощность заряда (разряда) накопителя;ар (Р рор Р) - средние значения Р срмощности заряда(разряда) накопителя.Для улучшения гармонического состава тока и напряжения необходимо из менять моменты времени 1и С до, выбор которых определяется конкретным типом потребителя и генератора. ПРи этОм интервалы С з р и С р в р могут состоять из нескольких подинтервалов, не связанных между собой. Устранение или уменьшение потребляемой энергии генератором приводит к тому, что гармонический состав токов и напряжений в энергосистеме электропитания улучшается .Изобретение иллюстрируется следующим примером выполнения устройства, приведенного на чертеже и реализующего предлагаемый способ компенсации обменной и реактивной мощности.В сечение системы, содержащей генератор 1 и потребитель 2, включены датчики напряжения 3 и тока 4 предлагаемого устройства компенсации.Введенные датчики 3 и 4 осуществляют гальваническую развязку, согласование уровней энергетических цепей и измерительной части устройства, а также мгновенные значения напряжения 110(.) и тока(е) на входе потребителя 2. Выходное напряжение датчика 3 11 (с), пропорциональноевых зизмеряемому напряжению (11 вмх в (1)о 1 Ф о вх (-) )и датчика 4 1 вц(С), 1480014пропорциональное измеряемому току (Ш вых (г-) = ; 3. ц (с), поступают соответственно на входы блоков выделения нулевых значений напряжения 5 и тока 6. Сигналы с выходов датчиков также поступают на вход умножителя 7, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный мгновенной мощности Р= 4Ц х(С) Ы,з. х, Выходной сигнал умножителя 7 поступает в вычислитель 8, который программным путем реализует вычисление обменной энергии по формуле (1), Если необходимо осуществлять компенсацию обменных энеРгий Ч 01 хОБА ф то вычислитель 8 реализует вычисление программным путем по выражениям (2) и (3). Сигнал с выхода вычислителя 8 подается на неинвертирующий вход блока 9 вычитания, на инвертирующий вход которого поступает сигнал, пропорциональный Ю(в частном случае при М , = 0 величина данного сигнала равна нулю). Величина сигнала, пропорционального Ч, устанавливается с помощью источника 10 регулируемого напряжения.Сигнал с выхода блока 9 вычитания ВИ, псупа на один из вдон формирователя 11 импульсов, на два других входа формирователя 11 импульсов поступают выходные сигналы блоков выделения нулевых значений напряжения 5 и тока 6.В соответствии с поступившей ниформацией на входы формирователя 11 импульсов, а также информации о величинах т г,р,1рэр вводимых заранее в блок 11, а также зависящих от типа потребителя 2, накопителя 16 и возможных режимах работы потребителя 2, на выходах формирователя 11 импульсов формируются управляющие сигналы для полностю управляемых ключевых элементов 12-15. Ключевые элементы 12-15 по сигналам блока 11 управляют режимом работы накопителя 16, который, в частном случае, относительно своих выходных зажимов может быть представлен генератором тока, В соответствии с состоянием ключевых элементов 12-15 накопитель 16 либо накапливает энергию (ключевые элементы 12, 15 в проводящем состоянии, 13, 14 в непроводящем состоянии), либо отдает энергию в потребитель (ключевые элементы 13, 14 в проводящем состоянии, 12, 15 в непроводящем состоянии).Формула из о бр ете нияСпособ компенсации обменной иреактивной мощности, заключающийсяв том, что измеряют мгновенные значения тока потребителя, мгновенныезначения напряжения генератора, перемножают мгновенные значения тока инапряжения, определяют значениемгновенной мощности, интегрируютпроизведение этих сигналов на протяжении интервалов времени, соответ ствующих положительным и отрицательным значениям мгновенной мощности,запоминают усредненный сигнал, соответствующий результату интегрирования, хранят запомненные значениясигналов на протяжении интерваловинтегрирования, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей при регулировании реактивной мощности в цепяхс несинусоидальными формами токов и напряжений, интервалы времени, соотствующие отрицательным и положительным значениям мгновенной мощностиопределяют по моментам перехода 40 через ноль напряжения и тока, определяют величину обменной энергии какразность запомненных сигналов напротяжении интервалов интегрирования,определяют реактивную мощность запериод кривой мгновенной мощности,запасают энергию на интервалах отрицательной мгновенной мощности и возвращают накопленную энергию на интервалах положительной мгновенной мощности потребителя.1480014 Составитель Г. Дамскаиштулинец Техред М.Ходаннч Редакт Бобка ре роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор агарина, 10 Заказ 2550/50ВНИИПИ Государственног113035 Тираж 608 Подписноекомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5