Спосіб підвищення коефіцієнта потужності трифазного споживача електричної енергії з керованими конденсаторами

Спосіб підвищення коефіцієнта потужності трифазного споживача електричної енергії з керованими конденсаторами, що включає вимірювання напруги на шинах змінного струму, порівняння напруги з уставками, формування керувальних сигналів, при перевищенні напругою уставки від 3 бачає дискретне регулювання реактивної потужності з великим кроком дискретизації; спосіб виключає можливості компенсації провалів потужності, які виникають при пуску або підключенні потужних споживачів. Відоме технічне рішення [Статичний компенсатор реактивної потужності пат. Російської Федерації 2282912. МПК: H01F29/14. Опубл. 27.07.2006 Бюл. №22 Брянцев О.М., Долгополов А.Г.], що є типовим незалежно від типу електричної мережі на яку розрахований. У способі керування до шин змінного струму паралельно підключають тиристорно-реакторну групу, конденсаторні батареїфільтри вищих гармонік і статичний компенсатор реактивної потужності на повністю керованих вентилях. Вимірюють напругу на шинах змінного струму, порівнюють напругу із значенням максимальної і мінімальної напруги, формують управляючі сигнали, причому при підвищенні встановленої максимальної напруги відключають конденсаторні батареї-фільтри вищих гармонік, вимірюють величини і фази гармонік струму в ланцюзі тиристорно-реакторної групи і формують в струмі статичного компенсатора гармоніки, пропорціональні і протифазні виміряним гармонікам, а при зниженні мінімальної напруги нижче встановленої відключають тиристорно-реакторну групу і включають конденсаторні батареї-фільтри вищих гармонік. Відоме технічне рішення береться за другий аналог. Недоліками даного способу є: підключення конденсаторної батареї відбувається дискретно, в результаті чого виникає перекомпенсація або недокомпенсація реактивної потужності; реалізація способу передбачає наявність реактору з підмагнічуванням великої потужності, що знижує економічні показники системи; відсутність можливості плавного керування процесу компенсації реактивної потужності; необхідність підключення фільтрів вищих гармонік призводить до підвищення потужності реактору; наявність індукційно-ємнісних елементів ланцюга компенсатора постійно підключених в мережу призводить до появи резонансних явищ. Найбільш близьким за технічним рішенням до способу, що заявляється є спосіб компенсації реактивної потужності з тиристорно-реакторною групою [Спосіб керування приладом компенсації реактивної потужності пат. Російської Федерації 2280934. МПК: H02J3/18. Опубл. 27.07.2006 Бюл. №21 Мазуров М.І., Ніколаєв О.В., Дайновський Р.А., Краснова Б.П.]. Спосіб управління пристроєм компенсації реактивної потужності, заключається в тому, що вимірюють напругу на шинах змінного струму, порівнюють напругу з уставками, формують управляючі сигнали, причому при перевищенні напругою відключають конденсаторні батареїфільтри вищих гармонік, вимірюють величини і фази гармонік струму в ланцюзі тиристорнореакторної групи і формують у струмі статичного компенсатора гармоніки, пропорційно і протифазні виміряним гармонікам, а при зниженні напруги нижче уставки відключають тиристорно-реакторну групу і включають конденсаторні батареї-фільтри 42564 4 вищих гармонік. Відомий спосіб береться за прототип. Недоліками у способу є те, що керування приладом не дає змоги компенсувати гармоніки струму, які не кратні частоті живлячої напруги; спосіб виключає можливість компенсації провалів потужності, які виникають при пуску або відключенні потужних споживачів; спосіб надає можливості пофазного регулювання ступеня компенсації. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності регулювання коефіцієнту потужності по кожній фазі за рахунок компенсації реактивної потужності методом плавного регулювання еквівалентом ємності конденсаторної батареї в залежності від струму та напруги навантаження та коефіцієнту форми напруги по кожній фазі. Спосіб компенсації реактивної потужності заключається в тому, що вимірюють напругу на шинах змінного струму, порівнюють напруги з уставками, формують управляючі сигнали, при перевищенні напругою уставки відключають конденсаторні батареї-фільтри вищих гармонік, вимірюють величини і фази гармонік струму в ланцюзі тиристорно-реакторної групи і формують у струмі статичного компенсатора гармоніки, пропорційні і протифазні виміряним гармонікам, згідно корисної моделі, розраховується поточний струм компенсації по кожній із фаз, порівнюється із заданим струмом компенсації по кожній із фаз, у разі перевищення заданого значення відключається компенсація та видається сигнал, на підставі поточного значення коефіцієнту форми напруги кожної з фаз мережі змінюють режим частотно-імпульсної модуляції підключеного стану конденсаторних батарей, регулюють значення та форму струму компенсації, порівнюють діюче значення напруги кожної фази із заданим значенням. Технічний результат досягається тим, що спосіб підвищення коефіцієнту потужності передбачає (Фіг.1) регулювання значенням еквівалентної ємності шляхом частотно-імпульсної модуляції підключеного та відключеного стану конденсаторної батареї відносно мережі з урахуванням поточного відхилення коефіцієнту форми напруги та кута зрушення фази струму відносно заданих значень по кожній фазі мережі. В системі контролюється напруга та струм мережі та струм навантаження. Задають значення коефіцієнта потужності та коефіцієнта форми напруги за кожною фазою мережі. На основі отриманої інформації про поточні значення стуму та напруги, визначається фазовий здвиг та коефіцієнт форми напруги у фазах мережі. Поточне значення коефіцієнта потужності та коефіцієнта форми порівнюється з заданими максимальними значеннями. Розраховується відхилення кожного параметру від заданого значення. Змінюється частота модуляції підключеного та відключеного стану конденсаторної батареї У разі перевищення поточного значення коефіцієнту потужності та коефіцієнту форми над заданими значеннями, системою керування видається повідомлення про неможливість компенсації реактивної потужності. 5 42564 Спосіб пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 представлено алгоритм керування режимами компенсації енергоспоживання електротехнічної установки з використанням керованих конденсаторів, на Фіг.2 представлена блок-схема процесу регулювання напругою живлення, на Фіг.3 представлена блок-схема процесу адаптивного налаштування регулятора. 1 - лінійне активне навантаження; 2 - нелінійне навантаження; 3 - світильники дросельного типу; 4 - компенсуючий пристрій; 5 - інші споживачі; 6 - силова схема; 7 - система керування. Спосіб реалізується наступним чином. Система електропостачання що розглядається (Фіг.2), має в своєму складі змінне джерело електричної енергії(або інше джерело) е.р.с. EФ з активною та реактивною складовими внутрішнього опору Rвн та Хвн , повна потужність якого співмірна з сумарною повною потужністю усіх споживачів S сум , підключених до точки загального приєднання (ТЗП). При цьому в системі в початковий момент роботи задаються діючі значення напруги кожної фази струму зад зад Uзад, U¶B , U¶C , ¶A Ізад, Ізад, Ізад ¶A ¶B ¶C та діючі значення , значенням коефіцієнту поту зад жності системи jзад, jB , jзад , та коефіцієнтом A C зад форми напруги К зад , К зад , К фC . В системі мережі в фA фB точці підключення, вимірюється напруга в кожній фазі UA ,UB ,UC та струми мережі IA , IB , IC та навантаження IнA , IнB, IнC . Розраховується струм системи компенсації IкA , IкB, IкC . Вимірювання проводиться дискретно в і-й момент з часом дискретизації Т Д , який обирається з діапазону 1...100мкс. Час вимірювань Т обирається рівним 0,02с. В результаті вимірювань отримують масив із N значень за кожним параметром з кутовим кроком р = 2 × p × 50 × Т Д Для знаходження кута зсуву струму від напруги по кожній фазі, на підставі отриманих значень напруги UAі, UBі, UCі та струму ІAі , ІBі, ІCі мережі по кожній фазі, визначаються гармонійні складові вказаних параметрів. Розраховуються на підставі розкладання в ряд Фур'є наступні параметри: - постійні складові напруги та струму (середнє значення) по кожній фазі: 1 N 1 N АUA0 = × å UAi , AIA0 = × å IAi N i= 0 N i= 0 (1) 1 N 1 N × å UBi , AIB0 = × å IBi N i= 0 N i= 0 6 AUBk = 2 N 2 N × å UBi × sin(k × i × p ); AIBk = × å IBi × sin(k × i × p ) N i= 0 N i= 0 (5) AUCk = 2 N 2 N × å UCi × sin(k × i × p); AICk = × å ICi × sin(k × i × p ) N i= 0 N i= 0 (6) - косинусні складові напруги та струму по кожній фазі: BU Ak = 2 N 2 N × å U Ai × cos (k × i × p );BIAk = × å IAi × cos (k × i × p ) N i= 0 N i=0 (7) BUBk = 2 N 2 N × å UBi × cos(k × i × p); BIBk = × å IBi × cos (k × i × p) N i=0 N i= 0 (8) BUCk = 2 N 2 N × å UCi × cos(k × i × p);BICk = × å ICi × cos(k × i × p) N i= 0 N i=0 (9) Із отриманих складових значень напруги та струму знаходиться амплітуди напруги MU Ak ,MUBk ,MUCk та струму MIAk ,MIBk ,MICk k-ї гармоніки по кожній фазі: MUAk = AUAk + j × BUAk ; MIAk = AIAk + j × BIAk (10) MUBk = AUBk + j × BUBk ; MIBk = AIBk + j × BIBk (11) MUCk = AUCk + j × BUCk ; MICk = AICk + j × BICk (12) та фазовий кут напруги jUAk , jUBk , jUCk та струму jIAk , jIBk , jICk k-ї гармоніки по кожній фазі: jUAk = arg[AUAk + j × BUAk ]; jIAk = arg[AIAk + j × BIAk ] (13) (14) jUCk = arg[AUCk + j × BUCk ]; jICk = arg[AICk + j × BICk ] (15) Із отриманих складових значень фазового кута напруги першої гармоніки jUA1, jUB1, jUC1 по кожній фазі та фазового кута струму першої гармоніки jIA1, jIB1, jIC1 по кожній фазі знаходиться різниця між заданим значенням коефіцієнту потужності та поточним значенням коефіцієнту потужності по кожній фазі: j UBk = arg [AUBk + j × BU Bk ]; jIBk = arg [AIBk + j × BIBk ] Dj A = jзад - (jUA1 - jIA1) A (16) зад DjB = jB - (jUB1 - jIB1 ) (17) зад (18) DjC = jC - (jUC1 - jIC1) Розраховуються поточні значення коефіцієнта форми напруги - величина рівна відношенню діючого значення напруги U¶A ,U¶B ,U¶C до його серед нього значення UcA ,UcB,UcC по кожній фазі: K фА = (2) АUB0 = N N 1 1 АUC0 = × å UCi , AIC0 = × å ICi N i= 0 N i= 0 K фB = (3) - синусні складові напруги та струму по кожній фазі: 2 N 2 N AU Ak = × å UAi × sin(k × i × p ); AIAk = × åIAi × sin(k × i × p) N i= 0 N i= 0 (4) 1 å U2 N i =0 Ai (19) 1 å U2 N i=0 Bi (20) U¶A = 1 UcA å UAi N i= 0 U¶B = 1 UcB å UBi N i =0 1 å U2 N i =0 Ci U¶C = K фC = 1 UcC å UCi N i= 0 (21) 7 42564 Розраховані значення коефіцієнту форми напруги порівнюються із заданими значеннями по кожній фазі: зад DK фА = К фА - К фА (22) зад DK фВ = К фВ - К фВ (23) зад DK фС = К фС - К фС (24) На підставі результату порівняння змінюється частота модуляції підключення та відключення стану конденсаторної батареї за відповідною фазою. Розраховується відхилення напруги DU¶A , DU¶B , DU¶C по кожній фазі: зад DU¶A = U¶A - U¶A (25) DU¶B = Uзад - U¶B ¶B (26) зад (27) DU¶C = U¶C - U¶C Якщо модуль поточного діючого значення на пруги не відповідає вимозі DU¶A < 0,1 × Uзад , або ¶A DU¶В < 0,1 × Uзад , або DU¶С < 0,1 × Uзад відбувається ¶В ¶С відключення системи компенсації та видача попереджувального сигналу. Споживачі представлені на Фіг.2, Фіг.3 (стрілки відображають напрямок передачі потужності): ІS = Sсум Uм = 8 - лінійним навантаженням, що споживає активну Р л потужність; - нелінійним навантаженням, що споживає активну Рн , реактивну Qн , потужність спотворення Dн ; - світильники дросельного типу, що споживають активну Рc реактивну Qc потужності; - компенсуючим пристроєм - джерелом вторинного електропостачання з компенсацією спотворень в живлячій мережі, що споживає активну Рк , реактивну Qк , потужність спотворення Dк ; - іншими споживачами, що споживають в загальному випадку активну Рі , реактивну Qі , потужність спотворення Dі ; - Uм - вхідна напруга мережі; Застосування способу призводить до зміни режиму роботи електроенергетичної системи (Фіг 3). Сумарний струм, що споживається системою ІS у та втрати активної DР потужності в точці загального приєднання при роботі усіх споживачів при умові, що існує джерело вторинного електропостачання з компенсацією спотворень в живлячій мережі споживає тільки активну потужність, тобто Qк = 0 і Dк = 0 : (Рл + Рн + Рс + Рк + Рі )2 + (Qн + Qc + Qi )2 + (Dн + Di )2 Uм é (Р + Р + Р + Р + Р )2 + (Q + Q + Q )2 + (D + D )2 ù 2 н с к і н c i н i ú DР = IS × (Rвн + Rвн ) = (Rвн + Rвн ) ´ ê л 2 ê ú Uм ë û За умов використання способу сумарний струм, що споживається ІS та втрати активної DР потужності в точці загального приєднання при роботі усіх споживачів при умові, що джерело вторинного електропостачання з компенсацією споІS = Sсум Uм = (29) творень в трьохфазній мережі змінного струму споживає активну потужність, а в мережу генерується реактивна потужність Qк