RU2724110C1 - Adaptive energy-saving device - Google Patents

Adaptive energy-saving device Download PDF

Info

Publication number
RU2724110C1
RU2724110C1 RU2019135582A RU2019135582A RU2724110C1 RU 2724110 C1 RU2724110 C1 RU 2724110C1 RU 2019135582 A RU2019135582 A RU 2019135582A RU 2019135582 A RU2019135582 A RU 2019135582A RU 2724110 C1 RU2724110 C1 RU 2724110C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
reactive power
network
output
conclusions
Prior art date
Application number
RU2019135582A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Денисенко
Виктор Иванович Самохин
Марина Станиславовна Медведева
Андрей Александрович Морозов
Зоя Анатольевна Рудай
Дмитрий Викторович Самохин
Игорь Владимирович Сухоставский
Original Assignee
Ооо "Интэкс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ооо "Интэкс" filed Critical Ооо "Интэкс"
Priority to RU2019135582A priority Critical patent/RU2724110C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724110C1 publication Critical patent/RU2724110C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, mainly to devices increasing efficiency of electric power consumption, namely to devices providing centralized compensation of reactive power and reducing phase shift under conditions of variable loads. In device "hot" redundancy of cosine capacitors is provided, which increases reliability of functioning. Invention comprises reactive power controller 1, reactive power meter 2, controller 5, first, second and third group of cosine capacitors 6, 8, 16, as well as element with smoothly adjustable capacitance 11 and element with smoothly adjustable inductance 12.
EFFECT: improved quality of electric energy and increased reliability of operation due to increased accuracy of compensation of reactive power and reduced load on semiconductor switching devices and provided by three interconnected levels of reactive power compensation, two of which are discrete, and one is analogue, which provides higher accuracy of compensation.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к устройствам, повышающих эффективность потребления электроэнергии, а именно к устройствам, обеспечивающим централизованную компенсации реактивной мощности и уменьшения сдвига фаз в условиях переменных нагрузок.The invention relates to electrical engineering, mainly to devices that increase the efficiency of electricity consumption, and in particular to devices that provide centralized compensation of reactive power and reduce phase displacement under variable loads.

Все потребители электроэнергии на предприятии, а также средства преобразования электроэнергии (асинхронные двигатели, трансформаторы, различные типы преобразователей), чей режим сопровождается постоянным возникновением электромагнитных полей нагружают сеть как активной, так и реактивной составляющими полной потребляемой мощности. Эта реактивная составляющая необходима для работы оборудования содержащего значительные индуктивности и в то же время является дополнительной нагрузкой на сеть.All consumers of electricity in the enterprise, as well as means for converting electricity (induction motors, transformers, various types of converters), whose mode is accompanied by the constant occurrence of electromagnetic fields, load the network with both active and reactive components of the total power consumption. This reactive component is necessary for the operation of equipment containing significant inductances and at the same time is an additional load on the network.

Реактивная мощность не позволяет полностью использовать всю расчетную мощность источников переменного тока для выработки полезно используемой электрической энергии. Бесполезная циркуляция реактивной составляющей электрической энергии между источником переменного тока и приемником, обусловленная наличием в нем реактивных сопротивлений, приводит к потерям определенного количества энергии, которая теряется в проводах всей электрической цепи. Повышенная загрузка сетей реактивным током приводит также к понижению напряжения в сети, а резкие колебания реактивной мощности - к колебаниям напряжения в сети. При этом у трансформаторов при увеличении сдвига фаз между током и напряжением сети, уменьшается пропускная способность по активной мощности вследствие увеличения реактивной нагрузки, а у электроприемников предприятия снижается производительность и даже нарушается работоспособность.Reactive power does not allow the full use of all the design power of AC sources to generate useful electrical energy. The useless circulation of the reactive component of electrical energy between the AC source and the receiver, due to the presence of reactance in it, leads to the loss of a certain amount of energy, which is lost in the wires of the entire electrical circuit. The increased load of networks with reactive current also leads to a decrease in voltage in the network, and sharp fluctuations in reactive power lead to voltage fluctuations in the network. At the same time, with transformers, with an increase in the phase shift between the current and the voltage of the network, the throughput capacity for active power decreases due to an increase in reactive load, and the power of the enterprise decreases productivity and even breaks performance.

Для компенсации реактивной мощности, применяются специальные компенсирующие устройства, являющиеся источниками реактивной энергии преимущественно емкостного характера.To compensate for reactive power, special compensating devices are used, which are sources of reactive energy of a predominantly capacitive nature.

Из уровня техники известны устройства компенсации реактивной мощности в электрических сетях предприятий, которые выполняются в основном с использованием следующих средств:The prior art devices for reactive power compensation in electrical networks of enterprises, which are performed mainly using the following means:

шунтирующих реакторов;shunt reactors;

статических тиристорных компенсаторов;static thyristor compensators;

косинусных конденсаторов.cosine capacitors.

Известны [пат. РФ №2641643 от 19.01.2018, пат США № US 9257844 B2 от 14.04.2010] компенсаторы реактивной мощности, выполненные на базе не перестраиваемых шунтирующих реакторов. Недостатком таких компенсаторов является возможность возникновения перекомпенсации и паразитных резонансов при изменении нагрузки в линии, а также низкая надежность, инерционность и высокая стоимость.Known [US Pat. RF No. 2641643 dated January 19, 2018, US Pat. No. US 9257844 B2 dated April 14, 2010] reactive power compensators based on non-tunable shunt reactors. The disadvantage of such compensators is the possibility of overcompensation and spurious resonances when the load in the line changes, as well as low reliability, inertia and high cost.

Известны [пат. РФ №2280934 от 27.07.2006 г., пат США № US 8154896 от 10.04.2012 г.] компенсаторы реактивной мощности, в которых в качестве средства компенсации используют тиристорно-реакторная группа, фильтры высших гармоник и статический компенсатор реактивной мощности на полностью управляемых вентилях (СТАТКОМ), в котором частично устранены указанные выше недостатки. Однако недостатком такого компенсатора реактивной мощности является высокая стоимость, значительное потребление активной мощности и высокий уровень гармоник, источником которых является СТАТКОМ.Known [US Pat. RF No. 2280934 dated July 27, 2006, US Pat. No. US 8154896 dated April 10, 2012] reactive power compensators, in which a thyristor-reactor group, high harmonic filters and a static reactive power compensator on fully controllable valves are used as compensation means (STATCOM), which partially eliminated the above disadvantages. However, the disadvantage of such a reactive power compensator is its high cost, significant consumption of active power and a high level of harmonics, the source of which is STATCOM.

Наиболее перспективными направлением компенсации реактивной мощности в сетях напряжением до 0,4 кВ являются устройства энергосбережения, выполненные на базе косинусных конденсаторов.The most promising areas of reactive power compensation in networks with voltages up to 0.4 kV are energy-saving devices based on cosine capacitors.

Основными преимуществами компенсаторов реактивной мощности, выполненных с использованием батарей косинусных конденсаторов в устройствах энергосбережения, являются: отсутствие механически перемещаемых частей в процессе эксплуатации, отсутствие в них источников нелинейных искажений, простота монтажа и эксплуатации и возможность установки в любых точках электросети предприятия.The main advantages of reactive power compensators made using cosine capacitor banks in energy-saving devices are: the absence of mechanically movable parts during operation, the absence of nonlinear distortion sources in them, the ease of installation and operation, and the ability to install at any point in the enterprise’s power supply network.

Известно [пат. РФ №2334336 от 20.09.2008 г.] устройство компенсации реактивной мощности, выполненное на базе конденсаторной установки содержащее косинусные конденсаторы, подключаемые в различной совокупности посредством механических трехполюсных переключателей между линейными и проводом нейтрали сети. Однако это устройство имеет ограниченный диапазон и низкую точность регулирования из-за малого числа ступеней регулирования, а также низкую надежность из-за отсутствия возможности оперативной замены вышедших из строя конденсаторов. Кроме того, быстродействие регулирования ограничено временем срабатывания трехполюсных переключателейIt is known [US Pat. RF No. 2334336 dated 09/20/2008] a reactive power compensation device made on the basis of a capacitor unit containing cosine capacitors connected in various combinations by means of mechanical three-pole switches between linear and neutral wires of the network. However, this device has a limited range and low accuracy of regulation due to the small number of stages of regulation, as well as low reliability due to the lack of the ability to quickly replace failed capacitors. In addition, the speed of regulation is limited by the response time of the three-pole switches.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является адаптивное устройство энергосбережения [пат. США № US 8339111 В2 от 25.12.2012 г.], содержащее регулятор реактивной мощности, модуль датчиков напряжения и тока, подключаемый к линейному проводу сети, измеритель реактивной мощности, вход которого подключаются к выходу модуля датчиков напряжения и тока, а выход, которого подключен к соответствующему информационному входу регулятора реактивной мощности, первый и второй коммутаторы, первые силовые выводы которых подключаются к линейному проводу сети, n базовых косинусных конденсаторов, первые выводы которых объединены и подключены ко второму силовому выводу первого коммутатора, n электронных ключей, первые силовые выводы подключены ко вторым выводам соответствующих из базовых косинусных конденсаторов, а вторые силовые выводы которых объединены и подключаются к проводу нейтрали сети, m резервных косинусных конденсаторов, первые выводы которых объединены и подключены ко второму силовому выводу второго коммутатора, m электронных ключей, первые силовые выводы которых подключены ко вторым выводам соответствующих из резервных косинусных конденсаторов, а вторые выводы которых объединены и подключаются к проводу нейтрали сети, при этом соответствующие управляющие выводы регулятора реактивной мощности подключены к управляющим входам: первого и второго коммутаторов, n базовых косинусных конденсаторов и m резервных косинусных конденсаторов.The closest in technical essence to the proposed is an adaptive energy saving device [US Pat. US No. US 8339111 B2 dated December 25, 2012], comprising a reactive power regulator, a voltage and current sensor module connected to a line wire of the network, a reactive power meter, the input of which is connected to the output of the voltage and current sensor module, and the output of which is connected to the corresponding information input of the reactive power regulator, the first and second switches, the first power terminals of which are connected to the line wire of the network, n basic cosine capacitors, the first conclusions of which are combined and connected to the second power terminal of the first switch, n electronic keys, the first power terminals are connected to the second terminals of the corresponding base cosine capacitors, and the second power terminals of which are connected and connected to the neutral wire of the network, m backup cosine capacitors, the first terminals of which are combined and connected to the second power terminal of the second switch, m electronic keys, the first power terminals of which are connected to the second the conclusions of the corresponding from the backup cosine capacitors, and the second conclusions of which are combined and connected to the neutral wire of the network, while the corresponding control terminals of the reactive power regulator are connected to the control inputs of the first and second switches, n basic cosine capacitors and m reserve cosine capacitors.

Известное устройство содержит совокупность из n косинусных конденсаторов емкость которых выбирается из соотношения Ci=2Ci+1 (где 1≥i≤n), что позволяет обеспечить уменьшение шага емкости подключаемых конденсаторов и, как следствие улучшить точность компенсации реактивной мощности по сравнению с устройством из пат. РФ №2641643. Известное устройство содержит m резервных косинусных конденсаторов, которые оперативно могут быть подключены вместо вышедших из строя конденсаторов базового блока, что позволяет повысить надежность функционирования.The known device contains a set of n cosine capacitors whose capacitance is selected from the relation C i = 2C i + 1 (where 1≥i≤n), which allows to reduce the step of the capacitance of the connected capacitors and, as a result, to improve the accuracy of reactive power compensation compared to the device from US Pat. RF №2641643. The known device contains m backup cosine capacitors, which can be quickly connected instead of failed capacitors of the base unit, which improves the reliability of operation.

Однако известное устройство имеет ограниченную точность компенсации вследствие ограниченного числа используемых косинусных конденсаторов и, соответственно - ступеней компенсации. При этом точность компенсации ограничена величиной емкости конденсатора Cn. По этой причине в известном устройстве возможна как недокомпенсация, так и перекомпенсация реактивной мощности. Кроме того, недостатком данного устройства являются большая нагрузка на тиристорные коммутаторы, обеспечивающие подключение конденсаторов высших разрядов (с наибольшим номинальным значением емкости) и, как следствие, что приводит к их пробоям, и как следствие - снижению надежности функционирования. При этом имеет место перегрузка как по току (обусловленная номинальным значением емкости), так и по напряжению в силу максимальных значений реактивной мощности на начальном этапе процессов компенсации.However, the known device has a limited accuracy of compensation due to the limited number of used cosine capacitors and, accordingly, the compensation stages. In this case, the compensation accuracy is limited by the value of the capacitor C n . For this reason, in the known device, both undercompensation and overcompensation of reactive power are possible. In addition, the disadvantage of this device is the heavy load on the thyristor switches, providing the connection of higher capacitors (with the highest nominal value of capacitance) and, as a result, which leads to their breakdowns and, as a consequence, to a decrease in the reliability of operation. In this case, there is an overload both in current (due to the nominal value of the capacitance) and in voltage due to the maximum values of reactive power at the initial stage of compensation processes.

Технической задачей заявленного устройства является улучшение качества электрической энергии за счет повышения надежности функционирования и повышения точности компенсации реактивной мощности.The technical task of the claimed device is to improve the quality of electric energy by improving the reliability of operation and improving the accuracy of reactive power compensation.

Поставленная задача решается за счет того, что в адаптивное устройство энергосбережения, содержащее регулятор реактивной мощности, модуль датчиков напряжения и тока, подключаемый к линейному проводу сети, измеритель реактивной мощности, вход которого подключаются к выходу модуля датчиков напряжения и тока, а выход, которого подключен к соответствующему информационному входу регулятора реактивной мощности, первый и второй коммутаторы, первые силовые выводы которых подключаются к линейному проводу сети, n базовых косинусных конденсаторов, первые выводы которых объединены и подключены ко второму силовому выводу первого коммутатора, n электронных ключей, первые силовые выводы подключены ко вторым выводам соответствующих из базовых косинусных конденсаторов, а вторые силовые выводы которых объединены и подключаются к проводу нейтрали сети, m резервных косинусных конденсаторов, первые выводы которых объединены и подключены ко второму силовому выводу второго коммутатора, m электронных ключей, первые силовые выводы которых подключены ко вторым выводам соответствующих из резервных косинусных конденсаторов, а вторые выводы которых объединены и подключаются к проводу нейтрали сети, при этом соответствующие управляющие выводы регулятора реактивной мощности подключены к управляющим входам: первого и второго коммутаторов, n базовых косинусных конденсаторов и m резервных косинусных конденсаторов, введены: первый и второй дополнительные электронные ключи, первые силовые выводы которых подключаются к линейному проводу сети, элемент с плавно регулируемой емкостью, первый вывод которого подключен ко второму силовому выводу первого дополнительного электронного ключа, а второй вывод которого подключается к проводу нейтрали сети, элемент с плавно регулируемой индуктивностью, первый вывод которого подключен к второму силовому выводу второго дополнительного электронного ключа, а второй вывод которого подключается к проводу нейтрали сети, первый интерфейсный модуль, выход которого подлечен к управляющему входу элемента с плавно регулируемой емкостью, второй интерфейсный модуль, выход которого подключен к управляющему входу элемента с плавно регулируемой индуктивностью, контроллер, первый и второй информационный входы которого подключены, соответственно: к выходу измерителя реактивной мощности и к дополнительно организованному информационному выходу регулятора реактивной мощности, соответствующие управляющие выходы которого подключены: к управляющим входам первого и второго дополнительных электронных ключей, первого и второго интерфейсных модуля, а информационный выход, которого подключен к дополнительно организованному информационному входу регулятора реактивной мощности, k силовых контакторов, первые силовые выводы которых подключаются к линейному проводу сети, k силовых косинусных конденсаторов, первые выводы которых подключаются к проводу нейтрали сети, а вторые выводы которых подключаются ко вторым силовым выводам соответствующих из силовых контакторов, дополнительно организованные управляющие выходы регулятора реактивной мощности, подключаются к управляющим входам соответствующих из силовых контакторов.The problem is solved due to the fact that in an adaptive energy-saving device containing a reactive power regulator, a voltage and current sensor module connected to a network line wire, a reactive power meter, the input of which is connected to the output of the voltage and current sensor module, and the output that is connected to the corresponding information input of the reactive power regulator, the first and second switches, the first power terminals of which are connected to the line wire of the network, n basic cosine capacitors, the first conclusions of which are combined and connected to the second power terminal of the first switch, n electronic keys, the first power terminals are connected to the second terminals of the corresponding base cosine capacitors, and the second power terminals of which are connected and connected to the neutral wire of the network, m backup cosine capacitors, the first conclusions of which are combined and connected to the second power terminal of the second switch, m electronic keys, the first power terminals of which are connected to the second terminals of the corresponding cosine capacitors, and the second terminals of which are connected and connected to the neutral wire, while the corresponding control terminals of the reactive power regulator are connected to the control inputs of the first and second switches, n basic cosine capacitors and m redundant cosine capacitors, introduced: the first and second additional electronic keys, the first power terminals of which are connected to the linear network wire, an element with continuously adjustable capacitance, the first terminal of which is connected to the second power terminal of the first additional electronic key, and the second terminal of which is connected to the neutral wire network, an element with continuously adjustable inductance, the first output of which is connected to the second power output of the second additional electronic key, and the second output of which is connected to the neutral wire of the network, the first interface module, the output of which is adjusted to a control input of an element with a continuously adjustable capacity, a second interface module, the output of which is connected to a control input of an element with a continuously adjustable inductance, a controller whose first and second information inputs are connected, respectively: to the output of the reactive power meter and to the additionally organized information output of the reactive power regulator , the corresponding control outputs of which are connected: to the control inputs of the first and second additional electronic keys, the first and second interface modules, and the information output, which is connected to the additionally organized information input of the reactive power regulator, k power contactors, the first power outputs of which are connected to the linear wire network, k power cosine capacitors, the first conclusions of which are connected to the neutral wire of the network, and the second conclusions of which are connected to the second power conclusions of the corresponding power contactors, in addition the organized control outputs of the reactive power regulator are connected to the control inputs of the corresponding power contactors.

При этом элемент с плавно регулируемой емкостью и элемент с плавно регулируемой индуктивностью могут быть выполнены в виде перестраиваемого последовательного LC контура.In this case, an element with a continuously adjustable capacitance and an element with a continuously adjustable inductance can be made in the form of a tunable sequential LC circuit.

Технический результат заявленного устройства заключается в том, что компенсация реактивной мощности осуществляется тремя группами реактивностей в соответствии с составляющими структуры реактивной мощности предприятия. Первая группа - постоянно присутствующая (фоновая) составляющая реактивной мощности при функционировании предприятия в штатном режиме в любое время суток, а также составляющая реактивной мощности, возникающая при начале рабочего времени на предприятии. Вторая группа - изменения режима работы оборудования или групп оборудования в отдельных подразделениях предприятия в течении суток. Третья группа - динамически изменяющая составляющая, обусловленная подключением или отключением отдельных единиц оборудования. В заявленном устройстве предлагается осуществлять компенсацию составляющую реактивной мощности первой группы - подключением косинусных конденсаторов одинаковой большой емкости посредством силовых контакторов с дугогаящими камерами. Составляющая реактивной мощности второй группы компенсируется подключением косинусных конденсаторов из ряда Ci=2Ci+1 (где 1≥i≤n) посредством быстродействующих тиристорных ключей. Составляющая реактивной мощности третьей группы компенсируются путем изменения плавно регулируемой реактивности соответствующего знака. Изобретение поясняется чертежом, который не охватывает и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а является лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения. Связи, указанные между функциональными блоками, в общем случае являются многоканальными, для обеспечения алгоритма функционирования, отраженного в формуле и описании изобретения. Питание функциональных блоков осуществляется от источника бесперебойного питания, который на чертежах не показан.The technical result of the claimed device is that reactive power compensation is carried out by three groups of reactivity in accordance with the components of the structure of the reactive power of the enterprise. The first group is a constantly present (background) component of reactive power during the operation of the enterprise in normal mode at any time of the day, as well as a component of reactive power that occurs at the beginning of working time at the enterprise. The second group - changes in the operating mode of equipment or groups of equipment in individual units of the enterprise during the day. The third group is a dynamically changing component, due to the connection or disconnection of individual pieces of equipment. In the claimed device, it is proposed to compensate a component of the reactive power of the first group — by connecting cosine capacitors of the same large capacity by means of power contactors with arcing chambers. The reactive power component of the second group is compensated by connecting cosine capacitors from the series C i = 2C i + 1 (where 1≥i≤n) by means of high-speed thyristor switches. The component of the reactive power of the third group is compensated by changing the continuously adjustable reactivity of the corresponding sign. The invention is illustrated by the drawing, which does not cover and, moreover, does not limit the entire scope of the claims of this technical solution, but is only illustrative materials of a particular case of execution. The relations indicated between the functional blocks are generally multichannel in order to ensure the functioning algorithm reflected in the claims and the description of the invention. The power of the functional blocks is provided by an uninterruptible power supply, which is not shown in the drawings.

На фиг. 1 приведена функциональная схема адаптивного устройства энергосбережения.In FIG. 1 shows a functional diagram of an adaptive energy saving device.

Адаптивное устройство энергосбережения содержит регулятор реактивной мощности 1, модуль датчиков напряжения и тока 2, измеритель реактивной мощности 3, первый коммутатор 4 и второй коммутатор 5, базовые косинусные конденсаторы 6, электронные ключи 7, резервные косинусные конденсаторы 8, первый дополнительный электронный ключ 9, второй дополнительный электронный ключ 10, элемент с плавно регулируемой емкостью 11, элемент с плавно регулируемой индуктивностью 12, первый интерфейсный модуль 13, второй интерфейсный модуль 13, контроллер 14, силовые контакторы 15, силовые косинусные конденсаторы 16. Элемент с плавно регулируемой емкостью 11, элемент с плавно регулируемой индуктивностью 12 могут быть выполнены в виде последовательных LC контуров, содержащих конденсаторы 17, 18 и дроссели с подмагничиванием 19, 20.The adaptive energy saving device comprises a reactive power controller 1, a voltage and current sensor module 2, a reactive power meter 3, a first switch 4 and a second switch 5, basic cosine capacitors 6, electronic keys 7, backup cosine capacitors 8, a first additional electronic key 9, and a second additional electronic key 10, element with continuously adjustable capacitance 11, element with continuously adjustable inductance 12, first interface module 13, second interface module 13, controller 14, power contactors 15, power cosine capacitors 16. Element with continuously adjustable capacitance 11, element with steplessly adjustable inductance 12 can be made in the form of sequential LC circuits containing capacitors 17, 18 and chokes with magnetization 19, 20.

Адаптивное устройство энергосбережения работает следующим образом. При включении устройства, по сигналу с измерителя реактивной мощности 3, выработанному по информации с датчиков напряжения и тока 2, регулятором 1 формируется соответствующая управляющая команда на включение соответствующих из силовых контакторов 15, подключающих силовые косинусные конденсаторы 16. При этом силовые косинусные конденсаторы 16 могут размещаться как в общем шкафу устройства, так и в непосредственной близости от основных источников реактивной мощности, что позволит дополнительно снизить токовую нагрузку на сети предприятия.Adaptive power saving device operates as follows. When the device is turned on, according to the signal from the reactive power meter 3, generated according to information from the voltage and current sensors 2, the controller 1 generates a corresponding control command to turn on the corresponding power contactors 15, connecting the power cosine capacitors 16. In this case, the power cosine capacitors 16 can be placed both in the general cabinet of the device, and in close proximity to the main sources of reactive power, which will further reduce the current load on the enterprise network.

После подключения силовых косинусных конденсаторов 16 и обусловленного этим снижения реактивной мощности по команде с регулятора реактивной мощности 1 включается первый коммутатор 4, после чего в соответствии с уровнем остаточной реактивной мощности, информация о котором поступает с измерителя реактивной мощности 3, посредством электронных ключей 7, между линейным проводом сети и проводом нейтрали сети включается соответствующая совокупность базовых косинусных конденсаторов 6.After connecting the power cosine capacitors 16 and the resulting decrease in reactive power, the first switch 4 is turned on by a command from the reactive power controller 1, after which, in accordance with the level of residual reactive power, information about which comes from the reactive power meter 3, by means of electronic keys 7, between the linear network wire and the neutral wire of the network includes the corresponding set of basic cosine capacitors 6.

После подключения базовых косинусных конденсаторов 6, с блока регулирования 1 на контроллер 5 выдается команда на включение контура точной компенсации. По этой команде контроллер 5 производит анализ сигнала с выхода измерителя выходной мощности на предмет знака рассогласования (преобладание емкостной или индуктивной составляющей в линейном проводе сети) и величины рассогласования и посредством электронных ключей 9 и 10 включает элемент с плавно регулируемой емкостью 17 или элемент с плавно регулируемой индуктивностью 18. Управляющий сигнал с контроллера 5 на элемент с плавно регулируемой емкостью 17 и элемент с плавно регулируемой индуктивностью 18 подается через соответственно первый интерфейсный модуль 13 и второй интерфейсный модуль 14, которые обеспечивают необходимое преобразование управляющего сигнала для обеспечения необходимой характеристики перестройки номинального значения реактивности этих элементов. Первый и второй интерфейсные модули 13, 14, выполняются в зависимости от конкретной реализации элемента с плавно регулируемой емкостью 11 и элемента плавно регулируемой индуктивностью 12. Так, например, при выполнении элемента с плавно регулируемой емкостью 11 и элемента плавно регулируемой индуктивностью 12 с использованием емкости 17 и дросселя подмагничивания 18, образующих последовательный LC контур, первый и второй интерфейсные модули 13, 14 могут содержать в своем составе, такие элементы, как аналого-цифровой преобразователь, аналоговые усилители и другие элементы сопряжения. Возможна реализация элемента с плавно регулируемой емкостью 11 и элемента плавно регулируемой индуктивностью 12 на едином последовательном LC контуре. В этом случае ниже резонансной частоты LC контур будет обеспечивать компенсацию индуктивной составляющей реактивной мощности, а выше резонансной частоты - емкостной составляющей. В этом случае потребуется расширение диапазона перестройки и защита последовательного LC контура от перегрузки на резонансной частоте.After connecting the basic cosine capacitors 6, from the control unit 1 to the controller 5, a command is issued to turn on the exact compensation loop. According to this command, the controller 5 analyzes the signal from the output of the output power meter for the sign of the mismatch (the predominance of the capacitive or inductive component in the linear wire of the network) and the value of the mismatch, and by means of electronic keys 9 and 10 includes an element with continuously adjustable capacity 17 or an element with continuously adjustable inductance 18. The control signal from the controller 5 to the element with a continuously adjustable capacitance 17 and the element with a continuously adjustable inductance 18 is supplied through the first interface module 13 and the second interface module 14, respectively, which provide the necessary conversion of the control signal to provide the necessary characteristics of the tuning of the nominal reactance of these elements. The first and second interface modules 13, 14 are made depending on the particular implementation of the element with a continuously variable capacitance 11 and the element with a continuously adjustable inductance 12. So, for example, when performing an element with a continuously adjustable capacitance 11 and an element with a continuously adjustable inductance 12 using a capacitor 17 and the bias magnetization 18, forming a serial LC circuit, the first and second interface modules 13, 14 may include elements such as an analog-to-digital converter, analog amplifiers and other interface elements. It is possible to realize an element with a continuously adjustable capacitance 11 and an element with a continuously adjustable inductance 12 on a single sequential LC circuit. In this case, below the resonant frequency, the LC circuit will compensate for the inductive component of the reactive power, and above the resonant frequency, the capacitive component. In this case, it will be necessary to expand the tuning range and protect the serial LC circuit from overload at the resonant frequency.

Значение емкости и индуктивности, вносимых в сеть элементом с плавно регулируемой емкостью 11 и элементом плавно регулируемой индуктивностью 12 задаются контроллером 5 и превышении при перестройке их реактивного сопротивления более чем 1,2-1,8 раза в течении заданного времени (например 2-10 секунд) значения реактивности наименьшей ступени базового косинусного конденсатора 6, контроллером 11 на блок регулирования реактивной мощности 1 выдается сигнал, в соответствии с которым блоком управления реактивной мощностью 1 выдается управляющий сигнал на подключение (недокомпенсация) или отключение (перекомпенсация) соответствующего из базовых косинусных конденсаторов 6.The value of capacitance and inductance introduced into the network by an element with a continuously adjustable capacitance 11 and an element with a continuously adjustable inductance 12 are set by the controller 5 and when their reactance is exceeded by more than 1.2-1.8 times during a given time (for example, 2-10 seconds ) the reactivity of the smallest step of the base cosine capacitor 6, the controller 11 sends a signal to the reactive power control unit 1, according to which the reactive power control unit 1 gives a control signal for connecting (undercompensation) or disconnecting (overcompensation) of the corresponding basic cosine capacitors 6.

В процессе функционирования, при выходе из строя базовых косинусных конденсаторов 6, также как и в устройстве, использованном в качестве прототипа, блоком управления реактивной мощностью 1 посредством второго коммутатора 5 и электронных ключей 7 обеспечивается подключение соответствующих из резервных косинусных конденсаторов 8.During operation, in case of failure of the basic cosine capacitors 6, as well as in the device used as a prototype, the reactive power control unit 1 through the second switch 5 and electronic keys 7 ensures the connection of the corresponding backup cosine capacitors 8.

В предложенном устройстве коммутация косинусных конденсаторов большой емкости производится силовыми контакторами 15 достоинством которых являются: устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов, исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью контактной группой, малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое (на порядок меньше чем тиристорные коммутаторы) выделение тепла. При этом недостаток силовых контакторов заключающийся в большом времени срабатывания, в предложенном устройстве не существенен, так как в соответствии с описанным выше алгоритмом они будут осуществлять коммутацию не более 2-х раз в сутки.In the proposed device, the switching of high-capacity cosine capacitors is carried out by power contactors 15 of the advantages of which are: resistance to surge voltage and destructive noise arising from lightning discharges and as a result of switching processes, exceptional electrical isolation between the control circuit of the contact group, a small voltage drop across the closed contacts, and, as a result, a small (an order of magnitude smaller than thyristor switches) heat generation. At the same time, the disadvantage of power contactors, which is the large response time, in the proposed device is not significant, since in accordance with the algorithm described above they will carry out switching no more than 2 times a day.

В связи с тем, что коммутаторы 4, 5 в процессе функционирования, в соответствии с описанным выше алгоритмом остаются постоянно включенными, представляется целесообразным их выполнение также на базе, например, магнитных пускателей, которые также относятся к силовым коммутирующим устройствам и имеют описанные выше достоинства.Due to the fact that the switches 4, 5 during operation, in accordance with the algorithm described above, remain constantly on, it seems advisable to perform them also on the basis of, for example, magnetic starters, which also relate to power switching devices and have the advantages described above.

Электронные ключи 7, а также первый и второй дополнительные электронные ключи 9, 10 могут быть выполнены на тиристорах с обеспечением оптронной развязки от цепи управления, что обеспечит необходимое быстродействие устройства.The electronic keys 7, as well as the first and second additional electronic keys 9, 10 can be made on thyristors with optocoupler isolation from the control circuit, which will provide the necessary speed of the device.

Модуль датчиков тока и напряжения 2 может быть выполнен в виде выносного элемента и простейшем виде может представлять собой совокупность трансформатора тока и делителя напряжения.The module of current and voltage sensors 2 can be made in the form of a remote element and the simplest form can be a combination of a current transformer and a voltage divider.

Таким образом, в предложенном техническом решении обеспечивается улучшение качества электрической энергии и повышение устойчивости функционирования за счет повышения точности компенсации реактивной мощности и уменьшения нагрузки на полупроводниковые коммутационные устройства, что позволит повысить надежность и увеличить время эксплуатации оборудования на предприятии.Thus, the proposed technical solution provides improved quality of electric energy and increased stability of operation by increasing the accuracy of reactive power compensation and reducing the load on semiconductor switching devices, which will increase reliability and increase the operating time of equipment at the enterprise.

Claims (1)

Адаптивное устройство энергосбережения, содержащее регулятор реактивной мощности, модуль датчиков напряжения и тока, подключаемый к линейному проводу сети, измеритель реактивной мощности, вход которого подключаются к выходу модуля датчиков напряжения и тока, а выход которого подключен к соответствующему информационному входу регулятора реактивной мощности, первый и второй коммутаторы, первые силовые выводы которых подключаются к линейному проводу сети, n базовых косинусных конденсаторов, первые выводы которых объединены и подключены ко второму силовому выводу первого коммутатора, n электронных ключей, первые силовые выводы подключены ко вторым выводам соответствующих из базовых косинусных конденсаторов, а вторые силовые выводы которых объединены и подключаются к проводу нейтрали сети, m резервных косинусных конденсаторов, первые выводы которых объединены и подключены ко второму силовому выводу второго коммутатора, m электронных ключей, первые силовые выводы которых подключены ко вторым выводам соответствующих из резервных косинусных конденсаторов, а вторые выводы которых объединены и подключаются к проводу нейтрали сети, при этом соответствующие управляющие выводы регулятора реактивной мощности подключены к управляющим входам: первого и второго коммутаторов, n базовых косинусных конденсаторов и m резервных косинусных конденсаторов, отличающееся тем, что введены: первый и второй дополнительные электронные ключи, первые силовые выводы которых подключаются к линейному проводу сети, первый перестраиваемый последовательный LC-контур, первый вывод которого подключен к второму силовому выводу первого дополнительного электронного ключа, а второй вывод которого подключается к проводу нейтрали сети, второй перестраиваемый последовательный LC-контур, первый вывод которого подключен к второму силовому выводу второго дополнительного электронного ключа, а второй вывод которого подключается к проводу нейтрали сети, первый интерфейсный модуль, выход которого подключен к управляющему входу первого перестраиваемого последовательного LC-контура, второй интерфейсный модуль с плавно регулируемой индуктивностью, выход которого подключен к управляющему входу второго перестраиваемого последовательного LC-контура, контроллер, первый и второй информационный входы которого подключены, соответственно: к выходу измерителя реактивной мощности и к дополнительно организованному информационному выходу регулятора реактивной мощности, соответствующие управляющие выходы которого подключены: к управляющим входам первого и второго дополнительных электронных ключей, первого и второго интерфейсных модуля, а информационный выход которого подключен к дополнительно организованному информационному входу регулятора реактивной мощности, k силовых контакторов, первые силовые выводы которых подключаются к линейному проводу сети, k силовых косинусных конденсаторов, первые выводы которых подключаются к проводу нейтрали сети, а вторые выводы которых подключаются ко вторым силовым выводам соответствующих из силовых контакторов, дополнительно организованные управляющие выходы регулятора реактивной мощности подключаются к управляющим входам соответствующих из силовых контакторов.An adaptive energy-saving device containing a reactive power regulator, a voltage and current sensor module connected to a line wire of the network, a reactive power meter, the input of which is connected to the output of the voltage and current sensor module, and the output of which is connected to the corresponding information input of the reactive power controller, the first and the second switches, the first power leads of which are connected to the linear wire of the network, n basic cosine capacitors, the first conclusions of which are combined and connected to the second power lead of the first switch, n electronic keys, the first power leads are connected to the second conclusions of the corresponding base cosine capacitors, and the second the power terminals of which are connected and connected to the neutral wire of the network, m backup cosine capacitors, the first conclusions of which are combined and connected to the second power terminal of the second switch, m electronic keys, the first power terminals of which are connected to the second the conclusions of the corresponding from the backup cosine capacitors, and the second conclusions of which are combined and connected to the neutral wire of the network, while the corresponding control terminals of the reactive power regulator are connected to the control inputs of the first and second switches, n basic cosine capacitors and m reserve cosine capacitors, characterized in what is introduced: the first and second additional electronic keys, the first power terminals of which are connected to the line wire of the network, the first tunable serial LC circuit, the first terminal of which is connected to the second power terminal of the first additional electronic key, and the second terminal of which is connected to the network neutral wire, the second tunable serial LC circuit, the first output of which is connected to the second power output of the second additional electronic key, and the second output of which is connected to the neutral wire of the network, the first interface module, the output of which is connected to the control at the input of the first tunable serial LC circuit, a second interface module with continuously adjustable inductance, the output of which is connected to the control input of the second tunable serial LC circuit, the controller, the first and second information inputs of which are connected, respectively: to the output of the reactive power meter and additionally organized information output of the reactive power regulator, the corresponding control outputs of which are connected: to the control inputs of the first and second additional electronic keys, the first and second interface modules, and the information output of which is connected to the additional organized information input of the reactive power regulator, k power contactors, first power outputs which are connected to the linear wire of the network, k power cosine capacitors, the first conclusions of which are connected to the neutral wire of the network, and the second conclusions of which are connected to the second power terminals, respectively arising from power contactors, additionally organized control outputs of the reactive power regulator are connected to the control inputs of the corresponding from power contactors.
RU2019135582A 2019-11-06 2019-11-06 Adaptive energy-saving device RU2724110C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135582A RU2724110C1 (en) 2019-11-06 2019-11-06 Adaptive energy-saving device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135582A RU2724110C1 (en) 2019-11-06 2019-11-06 Adaptive energy-saving device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724110C1 true RU2724110C1 (en) 2020-06-22

Family

ID=71135695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135582A RU2724110C1 (en) 2019-11-06 2019-11-06 Adaptive energy-saving device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724110C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070024264A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Lestician Guy J System for managing electrical consumption
US8339111B2 (en) * 2009-03-18 2012-12-25 Mitsubishi Electric Corporation Reactive power compensator
RU144504U1 (en) * 2014-03-26 2014-08-27 Лослес Энерджи Систем АГ REVERSE CENTRALIZED COMPENSATION DEVICE
RU2016130044A (en) * 2016-07-22 2018-01-26 Иван Михайлович Петров 3-PHASE NETWORK ENERGY SAVING DEVICE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070024264A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Lestician Guy J System for managing electrical consumption
US8339111B2 (en) * 2009-03-18 2012-12-25 Mitsubishi Electric Corporation Reactive power compensator
RU144504U1 (en) * 2014-03-26 2014-08-27 Лослес Энерджи Систем АГ REVERSE CENTRALIZED COMPENSATION DEVICE
RU2016130044A (en) * 2016-07-22 2018-01-26 Иван Михайлович Петров 3-PHASE NETWORK ENERGY SAVING DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bhattacharya et al. Hybrid solutions for improving passive filter performance in high power applications
Liu et al. Design of step dynamic voltage regulator for power quality enhancement
KR20070116280A (en) Power converter system and method
CN101010848B (en) Method and device for electric power flow control in high-voltage grid
Cavalcanti et al. Eight-switch power conditioner for current harmonic compensation and voltage sag mitigation
Park et al. Development of±400mvar world largest mmc statcom
CN108828360B (en) Factory full load testing method of high-capacity SVG
RU144504U1 (en) REVERSE CENTRALIZED COMPENSATION DEVICE
RU2724110C1 (en) Adaptive energy-saving device
RU2561192C1 (en) DEVICE OF CENTRALISED COMPENSATION OF REACTIVE POWER IN n-PHASE HIGH-VOLTAGE NETWORK
RU198749U1 (en) 3-PHASE ENERGY SAVING DEVICE
US3501686A (en) Control device for a filter circuit for a static inverter
RU181451U1 (en) ADAPTIVE THREE-PHASE NETWORK ENERGY SAVING SYSTEM
Satyamsetti et al. A novel simple inductor-controlled VAR compensator
US11146064B2 (en) Power supply system and control device
Ahmed et al. Comprehensive Comparative Analysis of TCSC on Power Flow Regulation in HVAC System
RU195453U1 (en) MULTILEVEL DEVICE FOR COMPENSATION OF REACTIVE POWER AND SUPPRESSION OF HIGH HARMONIC CURRENT
WO2011111058A2 (en) A switched capacitor bank
RU174881U1 (en) ENERGY-SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK
RU2727148C1 (en) Device for compensation of reactive power in high-voltage networks
Shinde et al. Five level inverter based STATCOM with PI control
Zebardast et al. Effect of Low-Voltage Thyristor-Switched Capacitor Banks on Electrical Energy Consumption
WO2019075703A1 (en) Mixed power flow control device
Wang et al. Var Control capability analysis for a hybrid voltage regulation transformer
Szcześniak Compensation for changes in AC voltage at the building terminals using a hybrid transformer