NO149483B - Var-generator - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår VAR-generator for tilførsel av reaktiv effekt til et elektrisk system, innbefattende en styreanordning forbundet med det elektriske systemet for å bestemme den reaktive effekt som ønskes tilført det elektriske systemet og for å tilveiebringe et utgangs-

signal i forhold til den ønskede reaktive effekt, og der en induktiv innretning er forbundet med det elektriske systemet i serie med en styrbar bryter som i avhengighet av utgangs^-signalet fra styreanordningen, styrer ledeintervallet i hver halvperiode av vekselstrømmen gjennom den induktive innretningen.

Det er kjent å frembringe VAR-generatorer ved å forbinde en fast kondensator og en kontinuerlig styrt induktor parallelt med hverandre, på tvers av to ledninger i et f nett-system for å bli regulert eller kompensert av VAR-generatoren.

Et egnet styresystem er frembragt for å få frembringe et utgangssignal til bryterdelen av den styrte induktoren for å etablere et strømledeintervall for induktoren. Ledeintervallet omfatter en styrt del av en forutbestemt tidsperiode, i løpet av hvilken strømmen er tillatt til å flyte , som således genererer enj induktiv reaktiv strøm »som sammen med den faste kapasi- i tive reaktive strømmen frembringer en netto i reaktiv strøm som samvirker med spenningen over ledningene for å frembringe reaktiv effekt. Det forutbestemte tidsintervallet er vanlig-vis en halv cykel av ledningsspenningen. På en halv cykel ved halv cykelbasis, kan ledeintervallet følgelig bli forandret til å frembringe forskjellige reaktive effektverdier som er bestemt er nødvendige ved beregningsdelen til systemet.

System av tidligere typer er beskrevet i US-patentene nr. 3936727 og 3999117. Et antall betraktninger er avhengige av følgende variabler: induktansen til induktoren, ledeintervallet, spenningen, spenningsoversvinging tvers over ledningen skal bli regulert og reaktive harmoniske strømmer. Spesielt kan det bemerkes at det er blitt funnet at dersom spenningens oversving er relativt større som kan være tilfellet hvor der er større transienter i systemet må induktansen til den styrte reaktansspolen bli valgt lav nok slik at i nærheten av maksimalleder-intervall er den leverte resulterende induktive reaktive strømmen tilstrekkelig til å redusere spenningens oversving til et ønsket nivå. Dette utgjør et betydelig mindre ledeintervall nær normal-spenning, som imidlertid frembringer tilstrekkelig forvregning inn i kompenseringsstrømmen på grunn av genereringen av harmoniske inklusive den femte harmoniske, for eksempel. Det ville derfor være fordelaktig dersom en måte kunne bli funnet til å anvende induktive egenskaper til en VAR-generator til å frembringe kompenseringsreaktiv strøm for et brett område til spenningstransienter uten å nødvendiggjøre smale ledeintervaller i nærheten av nominal spenningstilstandene.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er en VAR-generator av den innledningsvis nevnte type kjennetegnet ved at den induktive innretningen har en første induktansverdi for strøm-verdier som er lik eller mindre enn en forutbestemt verdi, og en andre induktansverdi for strømverdier som er større enn den forutbestemte verdien, idet den til det elektriske systemet tilførte reaktive effektmengde for et gitt ledeintervall er avhengig av om eller ikke den reaktive strøm overskrider den forutbestemte verdi i løpet av det gitte ledeintervallet.

Metningsjernkjernereaktansspole eregnet til bruk som induktor i VAR-generator. Dersom kompenseringsstrømmen ligger under et forutbestemt bruddpunktnivå i løpet av lede-tilstanden fremviser reaktansspolen i den utførelsesformen en relativt høy induktans, som krever et relativt bredt ledeintervall for å frembringe den moderate, lave forvrengte induktive reaktive strømmen ønsket ved nære nominelle spenninger.

Bruddpunktnivået er valgt å gli noe høyere enn denne strømmen. Dersom den krevde kémpensasjonsstrømmen overskrider det forutbestemte bruddpunktnivået med en liten økning av ledeintervallet vil jernkjerneinduktoren mettes og således frembringe en ny, lavere induktansverdi som tillater en betydelig større strømverdi til å flyte i løpet av tidsperioden hvor mettingen er i kraft og således frembringer betydelig større kompensa-sjonsstrøm enn som ville være tilgjengelig uten metning i det samme ledeintervallet.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er en andre koplet induktorkombinasjon forbundet i parallell med den første induktoren og iserie med den første bryter. Denne koplede induktorkombinasjonen blir så innført i kretsløp ut av den gjeldende halvcykeldelen i hvilke netto induktorstrømmen overskrider den forutbestemte verdien som således forandrer nettoinduktansen til VAR-generatoren og som frembringer tyde-ligere nevnte resultater.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av et eksempel med henvisning til medfølgende tegninger, i hvilke: figur 1 viser en tidligere kjent enfaset, fast kondensatorkoplet induktor VAR-generator,

figur 2 viser en kurve av spenningen i forhold

til kompenseringsstrømmen for VAR-generator på figur 1,

figur 3 viser en tidligere kjent tre-fase VAR-generator krets som omfatter et styresystem,

figur 4 viser en VAR-generatorgren med metningsinduktor,

figur 5 viser en VAR-generatorgren med to induktorer,

figur 6 viser en kurve av induktansen (med et

vel definert bruddpunkt) for apparatene på enten figur 4 eller 5,

og figur 7 viser en kurve lignende den vist på

figur 2, men for apparatene på figur 4 og 5.

Figurene 1 og 2 viser en tidligere kjent en-fase VAR-generator som har en fast kondensator C innbyrdes forbundet med seriekombinasjonen av en fast induktor L og en bipolar tyristorbryter TH. Spenningen v^ blir påtrykt over parallellkombinasjonen og en. inngangsstrøm IN flyter som et resultat derav. En nettokomponent av "kapasitiv strøm ic flyter i kondensatoren C og en nettokomponent med induktive strøm ia flyter i induktoren L. , Størrelsen til den kapasitive strømmen ic er en funksjon av spenningen v-^ og kapasiteten til det kapasitive elementet C, mens derimot den induktive strømmen i er en funksjon av spenningen v^, induktansen til det induktive elementet L og ledeintervallet til tyristorbryteren TH. På figur 2 er vist en kurve av spenningen v^ og strømmen ia. I delen på figur 2 blir strømmen i^ frembragt ved 100% ledeintervall for tyristorbryteren TH. "I delen B, har en bestemt styring (ikke vist) for tyristorbryteren TH begrenset ledeintervallet ved å innføre en ledende forsinkelse eller fasevinkel a, slik at strømmen i ^ flyter gjennom det induktive elementet L. Strømmen i ^ har den fundamentale komponenten 1 intervallet C, er tilbakefasevinkelen a ? større enn tilbakefasevinkelen a^, som således frembringer induktorstrømmen ±a^ og begrenser den fundamentale komponenten dertil i ^ til en enda lavere verdi enn vist på . På denne måten kan verdien til den induktive strømmen som er tilgjengelig for innbyrdes påvirkning méd den kapasitive strømmen i^ bli forandret ved å forandre tilbakefasevinkelen oc^/C^, etc.

Figur 3 viser en tidligere kjent trefase VAR-generator som har "spenningene v^i v22, °^V31Påtrykket mellom dens ledninger. Innbyrdes forbundet med det elektriske systemet er en last LD og en VAR-generator som tjener til å kompensere det reaktive effektforbruket i lasten. Styresystemet til VAR-generatoren, "control", føler laststrømmene i^, i9 og i^

og tidligere nevnte kretsspenninger v^_ 2' <v>23 0<^ v31* Styre-signalene a, b og c blir tilført tyristorsettene TH12, TH23 og TH31,- henholdsvis, for å styre ledeintervallet til de respek-tive tyristorbrytere i hver halv cykel linjespenning. De tre tyristorbrytersettene er forbundet i delta-kopling mel- ;lom ledningene X, Y og Z til det elektriske systemet. For å være nier nøyaktig kan bemerkes at fast kondensator CC1 er forbundet i parallell med seriekombinasjonen til et induktivt element Li og tyristorbrytersettet TH12 for å frembringe en kompensasjonsstrøm <1>c^2 som reaksjon på signalet a. Den sistnevnte anordningen er innbyrdes forbundet over ledningene X ;og Y til det elektriske systemet. Likeledes er det faste kapasitive elementet CC2 forbundet i parallell med seriekombinasjonen til et induktivt element L2 og et tyristorbryter-sett TH23 for å frembringe kompensasjonsstrøm <±>c22 som en ;funksjon av signalet b. Denne sistnevnte anordningen er forbundet mellom Y og Z ledningene til et elektrisk system. sluttlig er det faste kapasitetelementet CC3 forbundet i parallell med seriekombinasjonen til et induktivt element L3 og tyristorbrytersettet TH31 for å frembringe kompensasjonsreaktivstrømmen 1^ 2l meH°m ledningene X og Z til det elektriske systemet. Følgelig kan man se at som kretsvariabler slik som spenninger ;og strømforandring i det elektriske systemet forutsier styre-kretsen på en halv cykel ved halv cykelbasis den reaktive effektverdien (og således strømmen) som vil være ønsket i den neste halve cykelen for effektiv styring og frembringer utgangssignalene a, b og c. Dette frembringer det bestemte ledeintervallet for induktorene Li, L2 og L3 for således å frembringe strømmene """c^/<l>c23°^<l>c31 som i tur °^ or(^en frembringer den reaktive sammensatte effekten. ;Figur 4 viser en ny induktiv VAR-generatorgren ;som omfatter en metningsinduktor Lg og en tyristorbryter TH. I dette tilfellet blir størn ia' ledet av induktoren LS i ;løpet av ledeintervallet, som er når bryteren TH er lukket. Dersom strømmen ia' overskrider en forutbestemt verdi mettes jernkjernen til induktoren eller reaktorspolen Lg som således minker dens induktans og således minker den induktive reaktansen til grenen vist på figur 4, som således tillater mer strøm å flyte derigjennom enn som normalt ville flyte uten metting basert på et gitt ledeintervall og en gitt spenning over parallellkombinasjonen. ;figur 5 viser en annen utførelsesform i hvilken tyristorstyrt induktorgren omfatter to induktorer L^ og Lg^, ;hvor begge kan være av luftkjernetypen. Induktoren Lg^ kan bli styrt av en elektronisk bryter S som er innbyrdes forbundet med styresystemet "control". I løpet av et ledeintervall, når strømmen ia' er under en forutbestemt verdi, flyter hele den strømmen som induktiv strøm ia^ gjennom det induktive elementet L^. Når strømmen ia' imidlertid overskrider den forutbestemte verdien, ved en vinkel a2, føler styresystemet dette og lukker den elektroniske bryteren S som således innfører en andre induktiv reaktansspole Lgl inn i grenen og forårsaker en andre komponent av induktiv strøm ia2 til å flyte. Pan ser at strømmene ia^ og ia2 kombineres til å forme strømmen ia'. ;I løpet av intervallet når bryteren S er lukket faller således netto reaktansen til nettverket som således frembringer en tilstrekkelig økning i strømmen ia' også på tross av at alle andre ting forblir likt. ;Figur 6 viser en strømkurve (i) kontra fluksen ;( <t>) for metningsreaktansspolen på figur 4. I dette tilfellet er en bruddpunktmetingsstrøm frembragt og vist ved (ig, <t>g) • Over punktet cf>g er metningsreaktansspolen definert som mettet. Flukskurven i avhengighet av strømmen for verdiene av strøm under ig og verdiene til fluksen under cf)s viser en første induktansverdi LL^ for induktoren , som forøvrig kan være lik med induktansverdien for induktoren L, vist på figur 5. Etter metningen forekommer imidlertid ved <}>g at den inkremen-tale induktansen til metningsjernkjernereaktansspolen Lg for-andres til LL2- Dette har virkningen av å tillate en høyere reaktiv strømflyting og således en større induktiv reaktiv kompensasjon i VAR-generatoren uten at en hvilken som helst annen forandring finner sted. Kurven.på figur 6 fremstiller metningen på . en noe idialisert måte. Med tilgjengelig metnings-kjernematerialer er i virkeligheten metningen ikke helt så plutselig og for en spesiell konstruksjon må dette bli tatt med i beregningen. Induktansen sammenlignet med strømforholdet fremstilt på. figur 6 kan bli omformet til den ene bestemte for apparatet på figur 5 ved å fjerne fluksdefinisjoner for. ;den vertikale aksen. I tilfellet på figur 5 når metningen eller bruddpunktstrømmen ig er nådd blir den andre induktoren Lg^ koplet inn i kretsen og kombineres med første induktoren L-^ til å forme en netto induktans LL^ • ;Figur 7 viser en kurve av virkningen til brudd-punktinduktansen. I dette tilfellet blir spenningen, v^ be-traktet som' spenningen mellom ledningene eller lederene til den angjeldende gren. Strømmen ig blir bestemt.til å være nivået ved hvilke bruddpunktet blir etablert. En tilbakefase-vinkel vil frembringe en ledeintervall 2[3 som vil tillate strømmen ia^ å flyte inntil bruddpunktverdien ig blir over-skredet i hvilke tilfelle en andre komponent av strømmen ia^ også blir frembragt enten av den andre induktoren Lg^ på ;figur 5 eller ved metning av induktoren Lg på figur 4. Ledeintervallet for strømmen ia2 blir definert som 23g- Strømmen ;io^ og iot^ kombinert eller tillagt for å forme en nettos trøm ia' som har fundamentalkomponent ifS« Denne strømmen kan ko-operere med den parallellforbundne kapasitive strømmen for å ;frembringe en netto reaktiv strøm som samvirker med spenningen mellom ledningene for å frembringe en netto volt ampér reaktiv (VAR<*>s) tilstrekkelig til å kompensere for flekkeffekten eller lastvariasjonen eller lignende på linjespenningen v^ i en gitt

halv cykel. Det skal bli bemerket at dersom tilbakefasevinkelen a er stor nok slik at strømmen frembragt i løpet av ledeintervallet aldri overskrider bruddpunktverdien ig så vil den andre induktoren Lgl på figur 5 ikke bli koplet inn i kretsen eller alternativt vil ikke méthingsreaktansspolen Lg på figur 4 bli mettet. Dette tilfellet er vist for tilbakefasevinkelen «laf og korresponderende ledeintervall 26 sl. I det tilfellet frembringer strømmen ia^a en fundamental strøm i^. Det skal bli bemerket at i dette andre øyeblikket en betydelig mindre fundamental strøm blir oppnådd ved et relativt bredt ledeintervall og tilsvarende lav harmonisk forvregning. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er underbrudd-punkt induktansverdien valgt for å frembringe en pr. enhet av reaktiv strøm ved en relativ bred ledevinkel og en pr. enhet av linjespenningen, hvor en pr. enhet er definert som induktanstrømmen krevet ved nominell spenning. Bruddpunkt-strømmen ig blir valgt til å være noe større enn spissen til en pr. enhetstrøm. I det normale null til en pr. enhetstrøm opererende område fremviser reaktbrspolen Lg (i tilfelle på figur 4) en relativt høy reaktans. Overbruddpunktinduktansen blir valgt slik at så snart strømmen overskrider ig nivået blir den utsatt for en mye lavere induktans og fullstendig ledende ved en spesifisert høy transient spenning er det tilstrekkelig å kompensere for effektene av transientene i systemet..Ned normal opererende område strakt til høyere ledende intervaller er det harmoniske innholdet til den fase-styrte strømmen betydelig redusert. Ved eksperiment er det blitt funnet at en pr. enhet av strøm kan bli oppnådd med en 122° ledende intervall resulterer i en femte harmonisk av 7,62% som sammenlignet med en lineær luftkjernereaktansspole hvor en enhet av strøm kan bli oppnådd med en ledevinkel på 88° resulterer i en 18.22% femte harmoniske. I begge tilfellene

er den krevde maksimal strømmen lik 8,2 pr.enhet oppnådd ved 180° ledning og 1,4 enhets volt.

Det skal bli forstått et hensyn til utførelses-formene av oppfinnelsen vist heri at begrepene ikke er begrenset til en statisk koplingskrets. Det skal også bli forstått at begrepene anvendt heri kan bli tilpasset for bruk på enfasede eller flerfasede elektriske systemer ved enhver vanlig frekvens. Det skal også forstås at innbyrdes forbindelse i et flerfase-system kan være A eller Y eller en hvilken som helst annen akseptert indre forbindelsesmåte. Det er også klart at i noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan tobruddspunkter og tre induktive verdier bli anvendt eller flere dersom praktisk.

Apparatene beskrevet heri har mange fordeler.

En fordel ligger i faktumet at i en utførelsesform ifølge oppfinnelsen kan en enkel mettbar reaktansspole bli anvendt for å frembringe kompensasjonsreaktiv strøm over et vidt område til spenningstransienter som således eléminerer nødvendig-heten av flere induktorer og for å forminske skadelige effekter eller betydelige harmoniske verdier. I en annen utførelses-form av oppfinnelsen blir flere induktorer nyttet og sørger for fordelen med å eleminere de skadelige effektene av betydelige flere harmoniske.

Claims (5)

1. VAR-generator for tilførsel av reaktiv effekt til et elektrisk system, innbefattende en styreanordning forbundet med det elektriske systemet for å bestemme den reaktive effekt som ønskes tilført det elektriske systemet og for å tilveiebringe et utgangssignal i forhold til den ønskede reaktive effekt, og der en induktiv innretning er forbundet med det elektriske systemet i serie med en styrbar bryter som i avhengighet av utgangssignalet fra styreanordningen, styrer ledeintervallet i hver halvperiode av vekselstrømmen gjennom den induktive innretningen, karakterisert ved at den induktive innretningen har en første induktansverdi for strømverdier som er lik eller midre enn en forutbestemt verdi, og en andre induktansverdi for strømverdier som er større enn den forutbestemte verdien, idet den til det elektriske syste.-met tilførte reaktive effektmengde for et gitt ledeintervall er avhengig av om eller ikke den reaktive strøm overskrider den forutbestemte verdi i løpet av det gitte ledeintervallet.

2. VAR-generator ifølge krav 1, karakterisert ved at bryteren til den bryterstyrte induktans-innretningen innbefatter en antiparallellkoplet tyristor, hvis styreterminal er forbundet med styreanordningen for å styre ledeintervallet som en funksjon av utgangssignalet.

3. VAR-generator iføige krav 1, karakterisert ved:at den induktive innretningen innbefatter en metningsreaktansspole, idet den første induktansverdien forekommer når reaktoren ikke er mettet og den andre induktansverdien forekommer når reaktorspolen er mettet.

4. VAR-generatox ifølge krav 3, karakterisert ved at den induktive innretning er forbundet parallelt med en fast kapasitiv innretning> idet den styrebare reaktive strømmen til den induktive innretning samvirker med fast reaktiv strøm fra den kapasitive innretningen for å tilveiebringe en netto reaktiv strøm til det elektriske systemet i løpet av tidsperioden.

5. Kombinasjon ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at den induktive innretningen innbefatter to induktorer som kan koples inn og ut av deres innbyrdes kretsforhold ved hjelp av en ytterligere bryteranordning for å tilveiebringe den første og andre induktansen.