Компенсатор реактивної потужності

Изобретение относится к -электротехнике и может быть использовано для стабилизации напряжения и компенсации реактивной мощности в электрических сетях. Известен компенсатор реактивной мощности, содержащий трансформатор, тиристорный преобразователь напряжения с диодами обратного тока, к выходу которого подключен конденсатор, схему управления и дополнительный компенсатор, состоящий из последовательно соединенных реакторов и двунаправленных ключей, причем выводы переменного тока преобразователя напряжения через реакторы и выводы дополнительного компенсатора подключены к вентильным обмоткам трансформатора, соединенного через выключатель с сетью [1]. Высшие гармоники составляющих первичного тока, определяемые работой преобразователя напряжения и дополнительного компенсатора, за счет фазового сдвига частично взаимокомпенсируются. Однако устройство не обеспечивает полной взаимокомпенсации высших гармоник в суммарном сетевом токе, что является его недостатком. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является компенсатор реактивной мощности на основе преобразователя переменного напряжения в постоянное, состоящий из диодного моста, силового моста, на запираемых тиристорах с фазосмещающим узлом, трансформатора, вентильные обмотки которого связаны с выводами переменного тока указанных мостов, и двух блоков рекуперации энергии, каждый из которых содержит LC-фильтр, датчик напряжения, регулятор напряжения и ведомый инвертор с фазосмещающим узлом, подключенный выводами переменного тока к дополнительным обмоткам трансформатора, выводами постоянного тока - к LC-фильтру, конденсатор которого включен между однополярными выводами диодного и силового мостов и связан с датчиком напряжения, подключенным выходом ко входу фазосмещающего узла ведомого инвертора через регулятор напряжения, на задающий вход которого поступает постоянный сигнал уровня перенапряжения [2]. Коммутация запираемых тиристоров силового моста с опережающими углами управления обеспечивает генерацию реактивной мощности в питающую сеть. Блоки рекуперации энергии обеспечивают вывод в сеть электромагнитной энергии, запасенной в контурах коммутации при заданном уровне перенапряжений на элементах схемы. При этом напряжение Uc на конденсаторах LC-фильтров и угол у коммутации запираемых тиристоров связаны выражением где Eam - амплитуда коммутирующего напряжения вентильных обмоток трансформатора; Хa - приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы; Id - ток нагрузки силового моста, a - угол управления (-π< а< 0) запираемых тиристоров. За счет поддержания напряжения Uc постоянным угол у коммутации изменяется в зависимости от тока Id Компенсатор обладает предельным быстродействием, но имеет повышенный уровень высших гармоник в первичном токе, коэффициент искажения которого приближается к значению 0,995. Целью изобретения является улучшение формы первичного тока компенсатора реактивной мощности за счет поддержания заданного угла коммутации во всем диапазоне регулирования. Поставленная цель достигается тем, что в компенсатор реактивной мощности, состоящий из трансформатора, вентильные обмотки которого соединены с выводами переменного тока диодного моста и силового моста на запираемых тиристорах с фазосмещающим узлом и нагрузкой, двух блоков рекуперации энергии, каждый из которых содержит емкостно-индуктивный фильтр, датчик напряжения, регулятор напряжения и ведомый инвертор с фазосмещающим узлом, подключенный выводами переменного тока к дополнительным обмоткам трансформатора, выводами постоянного тока - к емкостно-индуктивному фильтру, конденсатор которого включен между однополярными выводами диодного и силового мостов и связан с датчиком напряжения, подключенным выходом ко входу фазосмещающего узла ведомого инвертора через регулятор напряжения, согласно изобретению, введены датчик тока, регулятор тока и функциональный преобразователь реализующий зависимость где Uc - напряжение на конденсаторе фильтра; Еam - амплитуда номинального напряжения вентильных обмоток трансформатора; Ха - приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы вентильных обмоток; Id - ток нагрузки силового моста компенсатора; a - угол управления запираемых тиристоров; g - заданный угол коммутации запираемых тиристоров, при этом датчик тока входом связан с цепью нагрузки силового моста, выходом подключен ко входу обратной связи регулятора тока и первому входу функционального преобразователя, выход которого подключен к задающим входам регуляторов напряжения каждого из блоков рекуперации энергии, второй вход функционального преобразователя и вход фазосмещающего узла силового моста соединены с входом регулятора тока, на задающий вход которого поступает сигнал задания тока нагрузки силового моста компенсатора. На фиг. 1 приведена схема компенсатора реактивной мощности. Устройство содержит трансформатор 1, диодный мост 2, силовой мост 3 на запираемых тиристорах с фазосмещающим узлом 4 и нагрузкой 5, два блока 6 рекуперации энергии, в каждый из которых входит емкостно-индуктивный фильтр 7, ведомый инвертор 8 с фазосмещающим узлом 9, датчик 10 напряжения и регулятор 11 напряжения, функциональный преобразователь 12, датчик 13 гока и регулятор 14 тока. Вентильные обмотки трансформатора 1 соединены с выводами переменного тока диодного моста 2 и силового моста 3 на запираемых тиристорах. Вентили последнего управляющими электродами связаны с выходами фазосмещающего узла 4. В блоке 5 рекуперации энергии выводы переменного тока ведомого инвертора 8 подключены к дополнительным обмоткам трансформатора 1. Выводы постоянного тока ведомого инвертора 8 соединены с емкостно-индуктивным фильтром 7, конденсатор которого включен между однополярными выводами диодного 2 и силового 3 мостов и связан с датчиком напряжения 10. Регулятор 11 напряжения подключен входом обратной связи с выходом датчика 10 напряжения, а выходом соединен со входом фазосмещающего узла 9, выходы которого подключены к управляющим электродам вентилей ведомого инвертора 8. Датчик 13 тока связан с цепью нагрузки 5 силового моста 3, вход фазосмещающего узла 4 которого соединен с выходом регулятора 14 тока и вторым входом функционального преобразователя. Задающие входы регуляторов 11 напряжения каждого из блоков 5 рекуперации энергии подключены к выходу функционального преобразователя 12, первый вход которого и выход датчика 13 тока соединены со входом обратной связи регулятора 14 тока. На задающий вход регулятора 14 тока поступает сигнал задания тока нагрузки силового моста 3. Функциональный преобразователь 12 может выполняться, например, на дискретных элементах или в виде программного блока при реализации системы управления на базе микропроцессора. Схема функционального преобразователя 12 на дискретных элементах приведена на фиг. 2. Функциональный преобразователь 12 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12.1, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12.2, элемент 12.3 задержки, запоминающие регистры 12.4 и 12.5 цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 12.6, 12.7, сумматор 12.8 и пропорциональный усилитель 12.9. АЦП 12.1 и ЦАП 12.6, 12.7 могут быть выполнены, например, на элементах серии К572. ПЗУ 12.2 реализуется, например, на элементах серии К566. Запоминающие регистры 12.4, 12.5 могут быть выполнены, например на триггерах К155ТМ8. Сумматор 12.8 и пропорциональный усилитель 12.9 выполняются, например, на операционных усилителях с соответствующими цепями обвязки (на фиг. 2 не показаны). Первым входом функционального преобразователя 12 является вход пропорционального усилителя 12.9, вторым входом служит измерительный вход АЦП 12,1, а вы ходом - выход ЦАП 12.7. Функциональный преобразователь 12 (фиг. 2) работает следующим образом. На входы опорного напряжения АЦП 12.1 и ЦАП 12.6 поступает сигнал, пропорциональный амплитуде Еam номинального напряжения вентильных обмоток трансформатора 1 (фиг. 1). На измерительный вход АЦП 12.1 поступает напряжение с выхода регулятора 14 тока. Вследствие этого на выходе АЦП 12.1 формируется цифровой код преобразуемый ПЗУ 12.2 в два цифровы х сигнала [cosa+g)-cosa] и , причем a-заданный параметр. По фронту импульса "конец преобразования" с выхода АЦП 12.1, задержанного элементом 12.3 на время, выходные сигналы ПЗУ 12.2. записываются в запоминающие -регистры 12.4 и 12.5. Время τ выбирают из условия гарантированного срабатывания элемента ПЗУ 12.2. Выходной код регистра 12.4 преобразуется ЦАП 12.6 в напряжение, соответствующее величине Eam[cosa + g)-cosa]. Сигнал, пропорциональный току Id нагрузки силового моста, поступает на вход усилителя 12,9, коэффициент передачи которого равен 2 Х8. Сумматор 12.8 суммирует выходные сигналы ЦАП 12.6 и усилителя 12.9 и служит источником опорного напряжения [Eamcosa x (α+у)Eamcosa+2ХаІ d]для ЦАП 12.7, на . входы управления которого подается цифровой код —с выхода регистра 12.5. Выходной сигнал ЦАП 12.7 соответствует напряжению где у - заданная величина, EamXa - величины, определяемые параметрами питающей сети и трансформатора 1 соответственно, Id, cosα-измеряемые параметры. Компенсатор реактивной мощности (фиг. 1) работает следующим образом. Компенсатор подключен к питающей сети через трансформатор 1, у которого амплитуда напряжения вентильных обмоток ниже соответствующего напряжения дополнительных обмоток. Регулятор 14 тока и датчик 13 тока входят в контур регулирования тока Id нагрузки 5 силового моста 3 в зависимости от сигнала задания Ізад. Фазосмещагощий узел 4 обеспечивает отпирание запираемых тиристоров силового моста 3 с опережающими углами управления, что соответствует генерации реактивной мощности в питающую сеть. В компенсаторе осуществляется двухступенчатая коммутация запираемых тиристоров: на первом этапе коммутируют вы ходящий из работы запираемый тиристор и соответствующий ему диод моста 2,. на втором диод моста 2 и вступающий в работу запираемый тиристор силового моста 3. Длительность первого этапа минимальна (единицы МКС) и определяется характеристиками запираемых тиристоров. На втором этапе короткозамкнутый контур включает конденсатор фильтра 7, входящего в состав блока 6 рекуперации энергии. Полярность напряжения Uc на конденсаторе фильтра 7 соответствует указанной на фиг. 1. На интервале коммутации длительностью у конденсатор фильтра 7 подзаряжается. По окончании коммутации избыток запасенной энергии сбрасывается в питающую сеть с помощью ведомого инвертора 8, управляемого посредством фазосмещающего узла 9. Регулятор 11 напряжения и датчик 10 напряжения, входящие в состав блока 6, позволяют поддерживать напряжение на конденсаторе фильтра 7 на определенном уровне, ограничивая перенапряжение на элементах схемы. Описанный выше процесс соответствует коммутации запираемых тиристоров катодной группы силового моста 3. Аналогичным образом работает второй блок 6 рекуперации энергии вентилей анодной группы силового моста 3. Выражение (1) устанавливает связь между углом у коммутации запираемых тиристоров и напряжением Uc конденсатора фильтра 7. Функциональный преобразователь 12 по первому входу получает сигнал, пропорциональный текущему значению Id тока нагрузки силового моста 3. На втором входе функционального преобразователя 12 присутствует напряжение, пропорциональное параметру cosa , При заданном значении угла у коммутации на уровне (40 + 50) эл. градусов функциональный преобразователь 12 в соответствии с выражением (2) формирует сигнал требуемого напряжения Uc на конденсаторе фильтра 7. Выходной сигнал функционального преобразователя 12 поступает на задающий вход регулятора 11 напряжения. Из вышеизложенного следует, что величина генерируемой в питающую сеть реактивной мощности определяется значением тока Id в цепи нагрузки 5, регулируемого в соотве тствии с сигналом задания Ізад. Форма первичного тока компенсатора определяется заданным значением угла у коммутации и напряжением Uc на конденсаторах фильтров 7, причем за счет приближения формы полуволны первичного тока к трапеции с одинаковыми по длительности фронтом, вершиной и срезом содержание высших гармоник снижается в 5-8 раз. Таким образом, компенсатор реактивной мощности обладает улучшенной формой первичного тока, что исключает, например, установку резонансных фильтров на первичной стороне для уменьшения искажающих воздействий устройства на питающую сеть.