Спосіб швидкодіючої стабілізації параметрів електричної енергії у багатофазній системі

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) и повышения качества электроэнергии в многофазной системе с однофазными нестационарными и нелинейными нагрузками (электросварочные и нагревательные аппараты. электротехнологические установки, ультразвуковые излучатели, генераторы ударной мощности, вентильные преобразователи, тяговые нагрузки и др.). Известны способы стабилизации параметров электроэнергии, основанные на их коррекции с помощью высокочастотной коммутации обмоток управляемого трансформатора с Изменяющимся во времени коэффициентом трансформации, используемого, например, для компенсации реактивной мощности преобразования переменного тока в постоянный при входном синусоидальном токе и др. [1]. Кроме того, при введении различных соотношений между интервалами включения большего или меньшего коэффициента трансформации в пределах полупериода линейных напряжений достигается прецизионная стабилизация напряжения сети при не симметрии нагрузки [2]. Однако область ! применения этих способов ограничена линейными нагрузками. Наиболее близким к заявляемому является способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в 1 многофазной системе, содержащей однофазный управляемый трансформатор с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации, включенный между многофазовой сетью и нагрузкой, заключающийся 1 в том, что осуществляется коррекция параметров электроэнергии системы с помощью регулирования коэффициента трансформации упомянутого трансформатора [3]. Указанный способ позволяет осуществить компенсацию колебаний и отклонений напряжения нагрузки. Однако этот способ также применим лишь для линейных нагрузок, что значительно снижает эффективность способа для обеспечения ЭМС потребителей электроэнергии. Задачей изобретения является создание такого способа быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, в котором 5 путем осуществления компенсации в токе нестационарной нелинейной нагрузки всех гармоник помимо основной обеспечиваются полная ЭМС (электромагнитная сила) потребителей и уравновешенность режима многофазной системы. Поставленная задача достигается тем, что в способе быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, содержащей однофазный управляемый трансформатор с изменяющимися во времени коэффициентом трансформации, включенный между многофазной сетью и нагрузкой, заключающийся в том, что осуществляется коррекция параметров электроэнергии системы с помощью регулирования коэффициента трансформации упомянутого трансформатора, согласно изобретению в каждые момент времени измеряют действующее Rн и мгновенное Rн (t) Ї значения сопротивления нагрузки и регулируют величину коэффициента трансформации n(t) указанного трансформатора в соответствии с выражением: сущность описываемого способа заключается в следующем. Допустим, что однофазная нестационарная, не линейная нагрузка Rн (t) подключена через управляемый однофазный трансформатор с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации n(t) к соответствующим фазам системы. Определим функциональное изменение n(t), когда система "однофазный управляемый трансформатор - нестационарная, нелинейная нагрузка" будет представлять линейное постоянное сопротивление Ro и тем, самым, не оказывать вредного влияния на питающую сеть, поскольку, осуществляются компенсация в токе нестационарной, нелинейной нагрузки всех гармоник помимо основной. В результате обеспечивается полная ЭМС потребителей и уравновешенность режима многофазной системы. Известно, что идеальный однофазный трансформатор с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации n(t) определяется следующими соотношениями между токами l(t) и напряжениями u(t) на его входе и вы ходе: а с другой стороны напряжение U2(t) на выходе идеального трансформатора . После подстановки (2) в (1) получаем: т.е. Очевидно, что для обеспечения ЭМС потребителей и уравновешенности режима многофазной системы необходимо выполнить следующее условие: где Ro - постоянная величина. Следовательно, из выражения (3) имеем: Таким образом, коэффициент трансформации n(t) управляемого трансформатора Поскольку для идеального управляемого трансформатора справедливо, что n(t)2:1, то Ro ³ R н ( t ) , т.е. Ro = mах[Rн(t)], откуда следуе т, что величина Ro является максимальным значением за период изменения несинусоидальной периодической функции Rн(t) или же действующим значением RH периодической несинусоидальной величины Rн(t). Период изменения функции Rн(t) определяется наименьшим промежутком времени, в течение которого эта функция непрерывна, и по истечении которого наблюдается повторение мгновенных положительных значений нелинейного сопротивления Rн(t). Практически период изменения Rн(t) может определяться технологическим режимом работы нестационарной, нелинейной нагрузки (например, электротехнологических нагрузок: дуговой сталеплавильной печи, индукционной канальной печи, установки ЭШП и др.). Следовательно, для каждого управляемого однофазного трансформатора с изменяющимся во времени коэффициентом тоансфоомации n(t) справедливо: Таким образом, изменяя (регулируя) во времени величину коэффициента трансформации n(t) управляемого трансформатора в соответствии с выражением при подключении на его вторичной стороне нестационарной, нелинейной нагрузки Rн(t) можно обеспечить полную ЭМС в нагрузочном узле и уравновешенность режима многофазной системы. Заявляемый способ включает следующий порядок выполнения операций: - измерение действующего RH и мгновенного Rн(t) значений сопротивления нестационарной. нелинейной нагрузки; -регулирование величины коэффициента трансформации однофазного управляемого трансформатора пропорционально корню квадратному из частного отделения действующего значения Rн сопротивления нагрузки на его мгновенное значение Rн(t). На чертеже приведен пример выполнения схемы устройства для осуществления заявленного способа. Устройство подключено между соответствующими фазами 1,2.3..т электрической системы и однофазной нестационарной, нелинейной нагрузкой 4 (11) и состоит из силовой схемы 5 (12) управляемого трансформатора с изменяющимся во времени коэффициентом трансформации, содержащей двухобмоточный (возможно и многообмоточный) трансформатор 6 (13), вторичная обмотка которого выполнена с отводами, и комплект 7 (14) силовых ключей переменного тока. а также блоха измерения и преобразования 8 (15) сопротивлений RH и RH (t) нагрузки, вычислительного устройства 9 (16) и системы управления 10 (17) силовыми ключами. Регулирование величины коэффициента трансформации n(t) каждого из управляемых трансформаторов обеспечивается в данном случае за счет быстродействующего переключения отводов вторичной обмотки трансформатора 6 с помощью полностью управляемых ключей 7 (силовые биполярные и полевые транзисторы, запираемые тиристоры или однооперационные тиристоры с узлами искусственной коммутации) переменного тока. которое осуществляется с высокой частотой (десятки и сотни кГц). Текущее значение коэффициента трансформации n(t), определяемое в соответствии с выражением (5), вычисляется блоком 9 в зависимости от действующи х и мгновенных значений сопротивления нагрузки 4, которые измеряются и преобразуются в удобную форму, например в цифровую, блоком 8 с помощью соответствующи х датчиков (например, токов и напряжений) и преобразователя сигналов (компараторов, АЦП и др.). Система управления 10 служит для формирования достаточно мощных сигналов управления силовыми ключами 7 переменного тока.