Спосіб компенсації реактивної потужності

Реферат: Винахід належить до електротехніки і може бути використаний для компенсації та регулювання реактивної потужності та підвищення якості електроенергії розподільних мереж. Спосіб компенсації реактивної потужності включає підключення паралельно навантаженню з'єднаних UA 112554 C2 (12) UA 112554 C2 між собою активного компенсатора і батареї конденсаторів, що перемикаються, та встановлення струму активного компенсатора, рівним реактивній компоненті першої гармоніки струму навантаження зі зворотним знаком, відповідно до винаходу, співвідношення між k C  C Cn 1 визначається з рівняння  n1   1  n1 ,  C  Cn Cn  n  де k - ціле число не менше 2. Технічним результатом, що досягається даним винаходом підвищення економічності компенсатора реактивної потужності за рахунок зменшення кількості конденсаторів у складі батареї та забезпечення плавного (безперервного) регулювання реактивної потужності. ємностями ступенів батареї конденсаторів UA 112554 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до електротехніки і може бути використаний для компенсації та регулювання реактивної потужності та підвищення якості електроенергії розподільних мереж. Сучасним рішенням компенсації реактивної потужності є використання компенсаторів реактивної потужності (КРП) зі ступеневим перемиканням, статичних компенсаторів (STATCOM) або активних фільтрів (АФ). Відомий спосіб компенсації реактивної потужності (Dixon J., Reactive Power compensation Technologies: State-of-the-Art Review /J. Dixon, L. Moran, J. Rodriguez, R. Domke //IEEE Proc. December, 2005. - pp. 2144-2164), який полягає у підключенні паралельно навантаженню батареї конденсаторів, що перемикаються. Відмінними ознаками способу є ступінчасте управління, швидкість регулювання до одного періоду напруги мережі, відсутність генерації вищих гармонік до мережі. Недоліками способу є відсутність плавного регулювання ємності батареї конденсаторів та, при наявності в напрузі мережі вищих гармонік, можливість резонансних перевантажень конденсаторів КРП, що призводить до виходу них з ладу. Відомий спосіб компенсації реактивної потужності (Dixon J., Reactive Power compensation Technologies: State-of-the-Art Review /J. Dixon, L. Moran, J. Rodriguez, R. Domke //IEEE Proc. December, 2005. - pp. 2144-2164), який полягає у підключенні паралельно батареї конденсаторів, що перемикаються, реактору, регулювання якого відбувається за допомогою тиристорів, чим досягається плавне регулювання реактивної потужності КРП. Перевагами такого способу компенсації реактивної потужності є можливість безперервного регулювання і його висока швидкість - не більше половини періоду напруги мережі, швидке протікання перехідних процесів. Недоліки способу полягають у генерації струмів вищих гармонік тиристорно-регульованими реакторами та підвищенні втрати активної потужності в КРП. Відомий спосіб компенсації реактивної потужності, згідно з яким ємності ступенів батареї конденсаторів встановлюють пропорційно цілим ступеням двійки (J. W. Dixon, Y. del Valle, M. Orchard, M. Ortuzar, L. Moran and С. Maffrand, "A Full Compensating System for General Loads, Based on a Combination of Thyristor Binary Compensator, and a PWM-IGBT Active Power Filter", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 50, № 5, October 2003, pp. 982-989). При цьому, m маючи m паралельно включених конденсаторів у батареї, можна отримати 2 ступенів регулювання реактивної потужності. Так, маючи чотири конденсатори з реактивними потужностями 1, 2, 4 та 8 кВАр, можна отримати 16 ступенів регулювання - від 0 до 15 кВАр з дискретністю 1 кВАр. До недоліків способу належить те, що при малих номерах ступенів з'являються розриви у регулювальній характеристиці КРП, що веде до погіршення точності компенсації реактивної потужності. Відомий спосіб компенсації реактивної потужності (Hybrid Reactive Power Compensation Device /Hurng-Liang Chou, Chin-Chang Wu, Wen-Pin Hsu, Yao-Jen Chang //United States Patent US 6,876,179 B2, Apr. 5, 2005) шляхом підключення паралельно навантаженню з'єднаних між собою активного компенсатора і батареї конденсаторів, що перемикаються. Таке рішення дозволяє позбутися генерації вищих гармонік до мережі живлення, забезпечити плавне регулювання потужності КРП та усунути можливість резонансів батареї конденсаторів з мережею. Недолік способу - малий діапазон безперервного регулювання потужності КРП, з-за чого регулювальна характеристика може мати розриви, що призводить до зменшення точності компенсації реактивної потужності. Усунення розривів веде до необхідності збільшення встановленої потужності активного компенсатора або до підвищення кількості ступенів батареї конденсаторів, що погіршує техніко-економічні показники способу. Відомий спосіб компенсації реактивної потужності (Спосіб компенсації реактивної потужності,заява № а201310824 від 09.09.2013), що включає підключення паралельно навантаженню з'єднаних між собою активного компенсатора і батареї конденсаторів, що перемикаються, та встановлення струму активного компенсатора, рівним реактивній компоненті першої гармоніки струму навантаження зі зворотним знаком, причому співвідношення ємностей сусідніх ступенів батареї конденсаторів, що перемикаються, встановлюють згідно з виразом Cn  1 U  E , де Cn 1 - ємність ступеня з номером n  1 , Cn - ємність ступеня з номером n ,  Cn UE E - максимальна вихідна напруга активного компенсатора на основній частоті, U - складова напруги мережі на основній частоті. Спосіб прийнято за прототип. До недоліків способу слід віднести недостатню економічність компенсатора реактивної потужності через велику кількість конденсаторів у складі батареї при безперервному регулюванні реактивної потужності при переключенні ступенів батареї. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб компенсації реактивної потужності, що дозволить підвищити економічність компенсатора реактивної потужності за 1 UA 112554 C2 5 рахунок зменшення кількості конденсаторів у складі батареї при безперервному регулюванні реактивної потужності при переключенні ступенів батареї. В способі компенсації реактивної потужності, що включає підключення паралельно навантаженню з'єднаних між собою активного компенсатора і батареї конденсаторів, що перемикаються, та встановлення струму активного компенсатора, рівним реактивній компоненті першої гармоніки струму навантаження зі зворотним знаком, відповідно до винаходу, співвідношення між ємностями ступенів батареї конденсаторів Cn 1 визначається з рівняння Cn k 10 15 20  Cn  1  Cn 1 , де : - ціле число не менше 2.  k  C   1 C  n  n  Спосіб дозволяє зменшити кількість конденсаторів у складі батареї і є ефективним при невеликій встановленій потужності активного компенсатора. Запропоноване технічне рішення пояснюються кресленнями, де на фіг. 1 показана регулювальна характеристика КРП з батареєю конденсаторів, ємності ступенів якої встановлені відповідно до винаходу, фіг. 2 - схема підключення КРП, в якому кількість конденсаторів та тиристорних ключів пасивного компенсатора дорівнює 4. Очевидним є вибір кількості конденсаторів, рівним необхідній кількості ступенів перемикання. Проте це призводить до погіршення техніко-економічних показників КРП через велику кількість конденсаторів та ускладнення засобів керування їхньою комутацією. Для забезпечення безперервного регулювання реактивної потужності КРП при зміні номера ступеня батареї конденсаторів, що перемикаються, і при цьому скоротити число конденсаторів доцільно встановити залежність між їх ємностями відповідно до рівняння k 25 30  Cn  1  Cn  1 ,   C   1 C  n  n  де k - ціле число не менше 2. При виконанні цієї умови ємність ступеня з номером k може бути реалізована шляхом паралельного включення ступенів з номерами 0 та 1; ємність ступеня з номером k+1 включення ступенів з номерами 1 та 2 і т.д. Останнє рівняння однозначно визначає мінімально необхідну величину коефіцієнта пропорційності Δmax. між напругою мережі U та ЕРС активного компенсатора Еmax.: max.=Еmax./U. Цей коефіцієнт визначає встановлену потужність активного компенсатора. Результати визначення співвідношення ємностей конденсаторів та коефіцієнта max. при різних к наведені в таблиці 1. Таблиця 1 № п/п 1 2 3 4 5 35 40 k 2 3 4 5 6 Cn 1 Cn 1,618 1,325 1,221 1,167 1,134 max 0,236 0,139 0,1 0,077 0,067 Зменшувати ЕРС активного компенсатора до величини, меншої за 10 % напруги мережі, недоцільно, тому прийнято k=4, при цьому характер розподілу реактивної потужності між ступенями має вигляд, наведений на фіг. 1 ( - коефіцієнт пропорційності між напругою мережі та ЕРС активного компенсатора). Приклад реалізації способу. Спосіб здійснюється наступним чином. Батарея конденсаторів (фіг. 2) має 4 конденсатори з ємностями С1=150 мкФ, С2=1,221С1=183 мкФ, С3=1.221С2=223 мкФ та С4=1,221С3=273 мкФ (співвідношення згідно табл. 1). Шляхом з'єднання в паралель за допомогою зустрічнопаралельно включених тиристорів цих конденсаторів в різних комбінаціях отримано десять ступенів безперервного регулювання потужності КРП. Варіанти комутації наведені в таблиці 2. Діапазон потужності КРП в цьому варіанті становить від 2,1 кВАр до 13,8 кВАр при напрузі мережі 220 В і максимальній вихідній напрузі активного компенсатора 10 % від мережевої. 2 UA 112554 C2 Таблиця 2 Конденсатор Ємність, мкФ Номер ступеня батареї конденсаторів 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 С1 С2 СЗ 150 183 223 Включені конденсатори (+) + + + С4 273 + + + + + + + + + + + + + + + + + Застосування запропонованого способу компенсації реактивної потужності дозволяє підвищити економічність компенсатора реактивної потужності за рахунок зменшення кількості конденсаторів у складі батареї та забезпечити плавне (безперервне) регулювання реактивної потужності. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 Спосіб компенсації реактивної потужності, що включає підключення паралельно навантаженню з'єднаних між собою активного компенсатора і батареї конденсаторів, що перемикаються, та встановлення струму активного компенсатора, рівним реактивній компоненті першої гармоніки струму навантаження зі зворотним знаком, який відрізняється тим, що співвідношення між k ємностями ступенів батареї конденсаторів 15 C  Cn 1 C встановлюють як  n1   1  n1 , де k  C  Cn Cn  n  ціле число не менше 2. 3 UA 112554 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4