Пристрій для керування трифазною конденсаторною компенсувальною батареєю

Пристрій для керування трифазною конденсаторною компенсувальною батареєю, який складається з датчиків струму фаз споживача електроенергії та з датчиків різниці напруги фаз та напруги 3 85479 компенсацію додаткових втрат, що створюються неякісним споживачем електроенергії. Керуючий пристрій виробляє для кожної фази свій струм управління, який впливає на фазне тиристорне джерело компенсуючого струм у. Наявність тиристорного управління значно ускладнює компенсатор. До того ж пофазне регулювання ємністю компенсувальної конденсаторної батареї припускає наявність трьох однофазних конденсаторів, що дорожче, ніж стандартний трифазний конденсатор. Крім того, тиристорне керування ємністю зумовлює наявність вищих гармонічних складових струму, що погіршує електромагнітну сумісність. Найбільш близький аналог діє таким чином. Сигнали, пропорційні струмам трьох фаз, підключені до перших входів трьох помножувачів, до других входів яких підключені напруги відповідних фаз. Вихідні напруги трьох помножувачів підсумовуються, і сума згладжується фільтром низьких частот, на ви ході якого напpyгa UBЫХ1 пропорційна активній потужності споживача (4) UВЫХ = k1( Au A + iBuB + iCuC ) = k1 × P i 1 де k1 - коефіцієнт пропорційності, а риса зверху означає усереднювання на періоді. Напруги трьох фаз підключаються до обох входів кожного з інших трьох помножувачів, ви ходи яких підсумовуються, і вихідна напруга UBЫX2 згладжується фільтром низьких частот UВЫХ2 = (k 2uA )2 + (k2uB )2 + (k 2uC )2 = k 2æ U2 + U2 + U2 ö 2ç A B C÷ è ø (5) де k2 - коефіцієнт пропорційності. Напруги UBЫX1 і UBЫX2 підключені до входів дільника, на виході якого напруга дорівнює U k1 × P 1 UВЫХ3 = ВЫХ = UВЫХ2 k2æ U2 + U2 + U2 ö ç A 2è B C÷ ø (6) Напруга UBЫX3 подасться на перші входи ще трьох помножувачів, до други х входів яких підключені відповідні фазні напруги. На виходах цих трьох помножувачів напруги пропорційні миттєвим значенням активних струмів трьох фаз: іАа, іВа, іСа k1 × P u 4 = k 2uA = = k 2uA × UВЫХ3 = k 3 × iAa 2æ U 2 + U2 + U2 ö k ç 2è A B C÷ ø (7) u5=k3·iBa , u6=k 3·iCa, де k3 - коефіцієнт пропорційності. Напруги u4,u5,u6 підключені до одних входів трьох вичитачів, до других входів яких підключені напруги, пропорційні фазним струмам і А, іB, іC. На виходах вичитачів сигнали пропорційні реактивним струмам фаз k3·іAр=k 3іА–k3іAа , k3іBр=k3іB–k3іBа, k3іCр=k3іC– k3іCа, (8) Реактивні струми фаз підключені до тиристорних перетворювачів, які формують пропорційні їм компенсуючі струми. Недоліком найбільш близького аналога є висока складність, висока вартість і знижена надійність компенсатора. Крім того, регулятор правильно функціонує тільки в трифазній системі із заземленою нейтраллю. Задачею винаходу є підвищення ефективності компенсації спотворюючих властивостей (тут несиметрії) споживачів електроенергії в несиметричних трифазних трипровідних і чотирипровідних колах за допомогою симетричної конденсаторної 4 батареї. Запропонований пристрій обчислює оптимальну ємність компенсувальної батареї та підключає сигнал, пропорційний обчисленій ємності, до входу системи керування включенням конденсаторів. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для керування трифазною конденсаторною компенсувальною батареєю складається з датчиків струму фаз споживача електроенергії та з датчиків різниці напруги фаз та напруги нульової послідовності, виходи датчиків струму підключені до перших входів перших трьох помножувачів, ви ходи яких підключені до входів першого суматора, вихід якого підключений до входу усереднювального пристрою (наприклад, фільтру низьких частот), вихід якого підключений до входу дільника, виходи трьох други х помножувачів підключені до входів суматора, вихід якого підключений до входів другого усереднювального пристрою, вихід якого підключений до другого входу дільника, а виходи датчиків напруги підключені до входів диференціаторів, виходи яких підключені до обох входів других трьох помножувачів та до других входів перших трьох помножувачів, а вихід дільника є виходом пристрою та підключений до входу системи керування включенням конденсаторів трифазної конденсаторної батареї. У трифазному колі втрати DР1, зумовлені споживачем електроенергії в симетричній живлячій мережі з опором RC дорівнюють æ 2 2 2ö DP1 = RCç iЛА + iЛВ + i ЛС ÷ ç ÷ è ø (9) де RC - опір системи; іЛА, іЛВ , іЛС - фазні струми в живлячій лінії. При несиметричних напругах та індуктивному навантаженні (ZA, ZB, ZC) підключення конденсаторів однакової ємності знижує втрати до рівня ê ú DP2 = R C ê (i A + iCA )2 + (iB + iCB )2 + (iC + iCC )2 ú ë û С. (10) де і А, іВ, іС - стр уми у фазах навантаження; іСА, іСВ,іСС - стр уми в конденсаторах фаз А, В, Якщо конденсатори, що підключаються, з'єднані зіркою, то оскільки ємності конденсаторів у фазах однакові, напруга нейтралі конденсатора буде дорівнювати напрузі нульової послідовності u0, а стр уми в конденсаторах будуть дорівнювати iA=ImA sin(wt-jA), (11) iCA=C(uA-u0)' iCB=С(uB-u0)' iCC=C(uc-u0)' (11) 1 де u0 = (u A + uB + uC ) - миттєве значення 3 напруги н ульової послідовності; (uA-u0)', (uB-u0)', (uc-u0)' - похідні відповідних напруг. Оскільки напруга живлення та навантаження несиметричні, напруга в нейтралі не буде дорівнювати u0, а буде мати певне значення uN. Однак, в алгоритмі роботи запропонованого пристрою фігур ують саме струми, тож факт наявності uN не вплине на подальші розрахунки. Мінімум втрат має місце, коли похідна DР2 по ємності конденсаторів дорівнює нулю 5 85479 6 ¶DP2 ¶ ì ü = RC í[iA + C(uA - u0 )']2 + [iB + C(uB - u0)']2 + [iC + C(uC - u0 )']2ý = ¶C ¶C î þ (12) æ ö = RC ç 2iA (uA - u0 )' + 2iB(uB - u0 )' + 2iC (uC - u0)' + 2C(uA - u0 )'2 + 2C (uB - u0 )'2 + 2C (uC - u0 )'2 ÷ = 0 ç ÷ è ø (Звідки оптимальне значення ємності компенсувальних конденсаторів буде дорівнювати i (u - u0 )' + iB (uB - u0 )' + iC (uC - u0 )' Cопт = - A A ((uA - u0 )')2 + ((uB - u0 )')2 + ((uC - u0 )')2 (13) У чотирипровідній трифазній системі u0=0, і оптимальне значення ємності визначиться за виразом Cопт = iA u'A + iB u'B + iCu'C 2 2 2 æ u' ö + æ u' ö + æ u' ö ç A÷ ç B÷ ç C÷ è ø è ø è ø (14) В пропонованому пристрої формується напруга, пропорційна С опт, яка через систему керування включенням конденсаторів забезпечує підключення паралельно навантаженню конденсаторів оптимальної ємності, а значить забезпечує і максимальне для конденсаторної компенсації зниження втрат в живлячій мережі. Функціональна структура запропонованого пристрою зображена на Фіг.1. Пристрій працює таким чином. У пристрої маються три однакові датчики 1, 2, 3 струмів фаз і А, іB, іC, а також три однакові датчики 4, 5, 6 напруги, входи яких з'єднані зіркою, а однакові опори фаз призводять до наявності напруги в нейтралі u0. Їхні вихідні напруги дорівнюють u4=(uА-u0), u5=(uB-u0), u6=(uc-u0) (15) До виходів датчиків напруги підключені диференціатори 7, 8, 9, на виходах яких напруги пропорційні похідним вхідних напруг u7=k2(uA-u0)', u8=k2(uB-u0)', u 9=k2(uC-u0)', (16) Виходи датчиків струму підключені до входів трьох помножувачів 10, 11, 12, до други х входів яких підключені напруги з виходів відповідних диференціаторів, а виходи помножувачів 10, 11, 12 підсумовуються в суматорі 16, вихідна напруга якого визначається за виразом u16=k4iA(uA-u0)'+k 4iB(uB-u0)'+k 4iC(uC-u0)', (17) де k4 - коефіцієнт пропорційності. Виходи диференціаторів 7, 8, 9 підключені також до обох входів помножувачів 13, 14, 15, ви ходи яких підсумовуються в суматорі 17, вихідна напруга якого дорівнює u17=k22 [(uA-u0)' 2+(uB-u0)' 2+(uC-u0)'2] (18) Вихідні напруги суматорів 16 і 17 підключені до входів усередню вальних пристроїв 18 і 19, напруги на виході яких дорівнюють u18 = k 4 iA (uA - u0 )' + iB (uB - u0 )' + iC (uC - u0 )' (19) [ é ù u19 = k 2 ê(uA - u0 )'2 + (uB - u0 )'2 + (uC - u0 )'2 ú 2 ë û ] (20) Вихідні напруги (19) і (20) підключені до входів дільника 20, на виході якого напруга дорівнює оптимальній ємності компенсувального конденсатора (13) із протилежним знаком, яку буде підключати система 21 керування включенням конденсаторів трифазної конденсаторної батареї. У чотирипровідному трифазному колі напруга нейтралі навантаження дорівнює нулю (нейтраль заземлена - ключ Кл на Фіг.1 замкнутий). При з'єднанні конденсаторних батарей в трикутник значення ємності конденсаторної компенсувальної батареї має бути збільшене в 3 разів, що добре відомо з теорії електротехніки. Перевагами запропонованого пристрою є висока надійність, яка властива конденсаторним компенсувальним батареям, і врахування несимметрії напруги та споживача електроенергії. Оптимальне значення ємності компенсувальної батареї правильно обчислюється за будь-якої форми струмів та напруг. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 85479 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601