RU157694U1

RU157694U1 - REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICE

Info

Publication number: RU157694U1
Application number: RU2015119022/07U
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Дуров; Сергей Владимирович Еньков; Татьяна Андреевна Молчанова; Галина Александровна Пантелеева
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР "ЭНЕРКОМ-СЕРВИС"
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2015-12-10

Abstract

1. Устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее последовательно соединенные базовые модули, каждый из которых связан с модулем управления и состоит из конденсаторной группы и силовой полупроводниковой схемы, имеющей силовые переключаемые полупроводниковые компоненты и выполненной с возможностью регулирования емкостей конденсаторной группы за счет периодического подключения их к электрической сети, отличающееся тем, что содержит конденсаторные группы переменной емкости, которые соединены последовательно между собой, при этом полюса крайних конденсаторных групп переменной емкости являются выводами устройства компенсации реактивной мощности и выполнены с возможностью их подключения непосредственно к электрической сети, а каждый из базовых модулей имеет оптические входы и оптические выходы, связанные посредством оптических каналов управления с модулем управления, при этом каждая силовая полупроводниковая схема содержит блок управления, подключенный параллельно полюсам каждой конденсаторной группы переменной емкости и имеющий первые вход и выход, которые являются также оптическим входом и выходом каждого базового модуля, а также две одинаковые силовые цепи, выполненные с возможностью изменения емкости конденсаторов конденсаторных групп переменной емкости, при этом одна из силовых цепей предназначена для положительной полярности напряжения линии сети, а другая предназначена для отрицательной полярности напряжения линии сети, при этом одна из данных силовых цепей одним концом подключена к одному полюсу конденсаторной группы переменной емкости, а другая силовая цепь одним кон�1. A device for reactive power compensation, containing series-connected base modules, each of which is connected to a control module and consists of a capacitor group and a power semiconductor circuit having switched semiconductor power components and configured to regulate the capacitance of the capacitor group by periodically connecting them to electric network, characterized in that it contains capacitor groups of variable capacity, which are connected in series with each other, the poles of the extreme capacitor groups of variable capacitance are the outputs of the reactive power compensation device and are configured to connect them directly to the electrical network, and each of the basic modules has optical inputs and optical outputs connected via optical control channels to the control module, with each power the semiconductor circuit contains a control unit connected in parallel with the poles of each capacitor group of variable capacitance and having first input and output , which are also the optical input and output of each base module, as well as two identical power circuits, configured to change the capacitance of capacitors of variable capacitor groups, while one of the power circuits is designed for positive polarity of the voltage of the network line, and the other is designed for negative polarity line voltage, while one of these power circuits is connected at one end to one pole of a capacitor group of variable capacitance, and the other power circuit is connected at one end

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области преобразовательной техники, и может найти применение в мощных высоковольтных устройствах плавного пуска, а также в статических компенсаторах реактивной мощности, устанавливаемых на электроподстанциях, в электроснабжении железных дорог, а также в электрическом оборудовании ЛЭП.The proposed utility model relates to the field of converting technology, and can be used in high-power high-voltage soft starters, as well as in static reactive power compensators installed at electrical substations, in the power supply of railways, as well as in electrical equipment of power lines.

Известна конденсаторная установка (патент РФ на ИЗ №2302068, H02J 3/18), содержащая секции трехфазных одинаковых силовых конденсаторов одинаковой мощности, в которой, используя способ ступенчатого переключения, добиваются режима регулирования минимальной мощности конденсаторной установки.A known capacitor installation (RF patent for IZ No. 2302068, H02J 3/18), containing sections of three-phase identical power capacitors of the same power, in which, using the step-by-step switching method, the control mode of the minimum power of the capacitor installation is achieved.

Известна также установка поперечной компенсации реактивной мощности (патент РФ на ПМ №51795, H02J 3/18), содержащая две секции одинаковой мощности конденсаторных установок, в которой используется способ последовательного ввода двухступенчатой конденсаторной установки с помощью трехфазного выключателя для регулирования мощности.A transverse reactive power compensation installation is also known (RF patent for PM No. 51795, H02J 3/18), which contains two sections of the same power of capacitor units, which uses the method of sequential input of a two-stage capacitor unit using a three-phase switch to control power.

Недостатком выше перечисленных патентов является использование в них способа ступенчатого переключения сопротивления конденсаторов, что приводит либо к недокомпенсации, либо к перекомпенсации реактивной мощности.The disadvantage of the above patents is the use in them of a method of stepwise switching the resistance of capacitors, which leads to either undercompensation or overcompensation of reactive power.

Также использование в данных патентах трехполюсных, или других переключающих элементов, снижает быстродействие данных устройств, а также снижает их надежность.Also, the use of three-pole, or other switching elements in these patents, reduces the speed of these devices, and also reduces their reliability.

Известно также «Устройство для коррекции коэффициента мощности с регулируемой мощностью» по патенту WO №2010120667, H02J 3/18, содержащее один, или несколько конденсаторов, емкость которых можно изменять в зависимости от величины коэффициента мощности, требуемого для данного приложения. Для включения и выключения конденсаторов фиксированной емкости в данном устройстве используют разъединительные блоки, имеющие внутренние мостиковые стержни.It is also known "Device for the correction of power factor with adjustable power" according to patent WO No.2010120667, H02J 3/18, containing one or more capacitors, the capacitance of which can be changed depending on the magnitude of the power factor required for this application. To turn on and off the capacitors of fixed capacitance in this device, disconnecting blocks with internal bridge rods are used.

В данном устройстве используют способ ступенчатого переключения сопротивления конденсаторов, что приводит либо к недокомпенсации, либо к перекомпенсации реактивной мощности.In this device, a method of stepwise switching the resistance of capacitors is used, which leads to either undercompensation or overcompensation of reactive power.

Известен также «Способ подключения для компенсатора реактивной мощности» по патенту РФ на ИЗ №2342759, H02J 3/18, в котором компенсационные компоненты подключают к рабочему напряжению при помощи управляемых переключателей и тиристорного блока.The “Connection method for reactive power compensator” is also known according to the RF patent for IZ No. 2342759, H02J 3/18, in which the compensation components are connected to the operating voltage using controlled switches and a thyristor unit.

Использование в данном способе переключающих элементов снижает его быстродействие.The use of switching elements in this method reduces its performance.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к настоящей полезной модели является «Устройство компенсации реактивной мощности» по патенту Китая №103856090 от 11.06.14, H02J 3/18, которое содержит последовательно соединенные базовые модули, каждый из которых связан с системой управления, и состоит из конденсаторной группы и силовой полупроводниковой схемы, имеющей силовые переключаемые полупроводниковые компоненты, и выполненной с возможностью регулирования емкостей конденсаторной группы за счет периодического подключения их к электрической сети. Кроме того в данном устройстве также имеется дополнительный блок для накопления энергии, который через переключающее устройство связан с конденсаторными группами.The closest in its technical essence and the achieved result to this utility model is the “Reactive Power Compensation Device” according to China Patent No. 103856090 dated 06/11/14, H02J 3/18, which contains series-connected basic modules, each of which is connected to a control system, and consists of a capacitor group and a power semiconductor circuit having power switched semiconductor components, and is configured to control the capacitance of the capacitor group due to periodic their connections to the electric network. In addition, this device also has an additional unit for storing energy, which through a switching device is connected to capacitor groups.

Устройство компенсирует реактивную мощность и обменивается активной мощностью с соединительной сетью переменного тока за счет использования способа мультиуровневого управления модулем, в котором добиваются плавного режима нарастания пускового тока двигателя путем подключения упомянутого модуля последовательно с статорной обмоткой, а затем, по мере увеличения частоты вращения двигателя, с помощью переключения электронных ключей (встречно параллельно включенные тиристоры) система управления модулем переключает многоуровневые инверторы параллельно фазам сети, обеспечивая непрерывную компенсацию реактивной мощности сети в соответствии с заданным коэффициентом мощности в рабочем режиме.The device compensates for reactive power and exchanges active power with an alternating current connecting network by using a multi-level module control method, in which a smooth mode of increase in the motor starting current is achieved by connecting the said module in series with the stator winding, and then, as the engine speed increases, by switching electronic keys (counter thyristors connected in parallel), the module control system switches multi-level inventory PTOP parallel phase network by providing continuous compensation of reactive power in the network according to a predetermined power factor during operation.

В данном устройстве формирование компенсации реактивной составляющей в сети с помощью многоуровневых инверторов выполняется путем создания (с помощью алгоритмов системы управления) модулируемого сигнала синусоидального напряжения на выходе данного устройства (с помощью звеньев постоянного тока, в которых установлены, как минимум четыре силовых переключаемых полупроводниковых ключа с встречно включенными диодами). Следовательно, каждый уровень многоуровневого инвертора имеет индивидуальный характер управления.In this device, the formation of reactive component compensation in the network using multilevel inverters is performed by creating (using the control system algorithms) a modulated sinusoidal voltage signal at the output of this device (using DC links in which at least four power switched semiconductor switches are installed with counter diodes). Therefore, each level of a multilevel inverter has an individual control character.

В результате сигнал может по фазе опережать сеть, и тем самым вносить емкостной характер, совпадать по фазе, и тем самым вносить в сеть активный характер, или запаздывать по фазе, и тем самым вносить индуктивный характер. При этом, энергия берется для каждой из конденсаторных групп каждого уровня от той же сети, поэтому динамический диапазон ограничен. Поэтому с целью его расширения были созданы устройства компенсации реактивной мощности, в которых используют дополнительное устройство для накопления энергии, например «Модуль для многокаскадного преобразователя с дополнительным устройством для накопления энергии» по международной заявке WO №2010124706, H02J 3/18.As a result, the signal can outperform the network in phase, and thereby introduce a capacitive character, coincide in phase, and thereby introduce an active character in the network, or delay in phase, and thereby introduce an inductive character. At the same time, energy is taken for each of the capacitor groups of each level from the same network, therefore the dynamic range is limited. Therefore, for the purpose of its expansion, reactive power compensation devices have been created that use an additional device for energy storage, for example, “Module for a multi-stage converter with an additional device for energy storage” according to the international application WO No. 2010124706, H02J 3/18.

Недостатками выше приведенного модуля и способа его работы являются введение в сеть широкого спектра гармоник последовательного источника напряжения, многоступенчатое преобразование энергии - большое число промежуточных уровней преобразователей в инверторе, в которых имеются мосты с силовыми переключаемыми полупроводниковыми ключами, в количестве, не менее четырех, наличие конденсаторных групп постоянного тока большой емкости, что приводит к большим затратам и снижает КПД данного модуля.The disadvantages of the above module and the method of its operation are the introduction of a wide range of harmonics of a serial voltage source into the network, multistage energy conversion - a large number of intermediate levels of converters in the inverter, in which there are bridges with power switchable semiconductor switches, in the amount of at least four, the presence of capacitor high-capacity DC groups, which leads to high costs and reduces the efficiency of this module.

Техническим результатом предложенной полезной модели является значительное повышение надежности за счет упрощения устройства для компенсации реактивной мощности при одновременном снижении затрат на его производство.The technical result of the proposed utility model is a significant increase in reliability due to the simplification of the device for reactive power compensation while reducing the cost of its production.

Поставленная техническая задача достигается также за счет того, что в устройстве для компенсации реактивной мощности, содержащим последовательно соединенные базовые модули, каждый из которых связан с модулем управления, и состоит из конденсаторной группы и силовой полупроводниковой схемы, имеющей силовые переключаемые полупроводниковые компоненты, и выполненной с возможностью регулирования емкостей конденсаторной группы за счет периодического подключения их к электрической сети, имеются конденсаторные группы переменной емкости, которые соединены последовательно между собой, при этом полюса крайних конденсаторных групп переменной емкости являются выводами устройства компенсации реактивной мощности, и выполнены с возможностью их подключения непосредственно к электрической сети, а каждый из базовых модулей имеет оптические входы и оптические выходы, связанные посредством оптических каналов управления с системой управления, при этом каждая силовая полупроводниковая схема содержит блок управления, подключенный параллельно полюсам каждой конденсаторной группы переменной емкости, и имеющий первые вход и выход, которые являются также оптическим входом и выходом каждого базового модуля, а также две одинаковые силовые цепи, выполненные с возможностью изменения емкости конденсаторов конденсаторных групп переменной емкости, при этом одна из силовых цепей предназначена для положительной полярности напряжения линии сети, а другая предназначена для отрицательной полярности напряжения линии сети, при этом одна, из данных силовых цепей одним концом подключена к одному полюсу конденсаторной группы переменной емкости, а другая силовая цепь одним концом подключена к другому полюсу конденсаторной группы переменной емкости, а вторые концы данных силовых цепей объединены, и подключены к второму входу блока управления, при этом каждая силовая цепь имеет, по меньшей мере, накопитель энергии в виде индуктивной нагрузки и полностью управляемый ключ для периодического попеременного подключения конденсаторов конденсаторных групп переменной емкости к соответствующему накопителю энергии, а четные базовые модули имеют четные оптические входы и выходы, которые образуют первый оптический канал управления, при этом нечетные базовые модули имеют нечетные оптические входы и выходы, которые образуют второй оптический канал управления, а модуль управления выполнен с возможностью управления первые пол периода ШИМ четными входами и выходами по первому каналу управления, а вторые пол периода ШИМ нечетными входами и выходами по второму каналу управления, при этом каждый блок управления выполнен с возможностью управления включением и выключением попеременно одной или другой силовой цепи для изменения емкости конденсаторов конденсаторных групп переменной емкости в зависимости от положительной или отрицательной полярности напряжения линии сети, а первый и второй оптические каналы управления выполнены с возможностью принятия синхронных сигналов ШИМ попеременно, с фазовым сдвигом синхронных сигналов ШИМ, как минимум, на полпериода ШИМ.The stated technical problem is also achieved due to the fact that in the device for reactive power compensation, containing series-connected basic modules, each of which is connected to the control module, and consists of a capacitor group and a power semiconductor circuit having switched switched semiconductor components, and made with the ability to regulate the capacitance of the capacitor group by periodically connecting them to the electric network, there are capacitor groups of variable capacity, to which are connected in series with each other, with the poles of the extreme capacitor groups of variable capacitance being the terminals of the reactive power compensation device and configured to connect them directly to the electrical network, and each of the base modules has optical inputs and optical outputs connected via optical control channels to a control system, wherein each power semiconductor circuit contains a control unit connected in parallel with the poles of each capacitor group variable capacitance, and having first input and output, which are also the optical input and output of each base module, as well as two identical power circuits, configured to change the capacitance of the capacitors of variable capacitor groups, while one of the power circuits is designed for positive voltage polarity network lines, and the other is intended for negative polarity of the voltage of the network line, while one of these power circuits is connected at one end to one pole of the capacitor group ne a belt capacitance, and the other power circuit at one end is connected to the other pole of the capacitor group of variable capacitance, and the second ends of these power circuits are combined and connected to the second input of the control unit, each power circuit having at least an energy storage device in the form of an inductive loads and a fully controllable switch for periodically alternately connecting capacitors of variable capacitor groups to the corresponding energy storage, and even basic modules have even optical inputs and outputs that form the first optical control channel, while the odd base modules have odd optical inputs and outputs that form the second optical control channel, and the control module is configured to control the first half of the PWM period with even inputs and outputs along the first control channel, and the second half of the PWM period by odd inputs and outputs on the second control channel, with each control unit configured to control turning on and off one or the other power alternately enu to change the capacitance of capacitors of capacitor groups of variable capacity depending on the positive or negative polarity of the network line voltage, and first and second optical control channels are arranged to decision synchronous PWM signal alternately with a phase shift synchronous PWM signal, at least a half period of PWM.

Предпочтительно, чтобы в устройстве для компенсации реактивной мощности каждая из одинаковых силовых цепей также содержала ограничивающий резистор и восстанавливающий диод, а в качестве накопителя энергии в виде индуктивной нагрузки имела нагрузочный дроссель, при этом ограничивающий резистор, нагрузочный дроссель и полностью управляемый ключ были соединены между собой последовательно, а восстанавливающий диод был включен параллельно ограничивающему резистору и нагрузочному дросселю, при этом анод каждого восстанавливающего диода подключен к первому входу соответствующего полностью управляемого ключа, а катод каждого восстанавливающего диода подключен к соответствующему полюсу конденсаторной группы переменной емкости, при этом вторые входы первого и второго полностью управляемых ключей подключены соответственно к второму и третьему выходам блока управления, а выходы первого и второго полностью управляемых ключей являются выходами данных цепей.Preferably, in the device for reactive power compensation, each of the same power circuits also contains a limiting resistor and a recovery diode, and as an energy storage in the form of an inductive load has a load reactor, while the limit resistor, load inductor and a fully controllable switch are interconnected in series, and the recovery diode was connected in parallel with the limiting resistor and the load choke, while the anode of each recovery diode connected to the first input of the corresponding fully controllable key, and the cathode of each recovery diode is connected to the corresponding pole of the capacitor group of variable capacity, while the second inputs of the first and second fully controllable keys are connected respectively to the second and third outputs of the control unit, and the outputs of the first and second fully controllable keys are outputs of these circuits.

Целесообразно, чтобы в устройстве для компенсации реактивной мощности каждый из полностью управляемых ключей содержал коммутатор, встречно параллельно которому включен силовой диод, при этом коллектор каждого силового диода был бы подключен к соответствующему аноду восстанавливающего диода, а эмиттеры каждого силового диода были объединены и подключены к второму входу блока управления.It is advisable that in the device for reactive power compensation, each of the fully controllable keys contains a switch, the power diode opposite which is connected in parallel, while the collector of each power diode would be connected to the corresponding anode of the recovery diode, and the emitters of each power diode would be combined and connected to the second control unit input.

Предпочтительно, чтобы в устройстве для компенсации реактивной мощности блок управления содержал две одинаковые цепи, для положительной и отрицательной полярности напряжения, каждая из которых имеет датчик, каждый из которых входом подключен через соответствующую R-C цепь к блоку питания, а выходом подключен через соответствующий элемент «И» к соответствующему усилителю мощности, при этом выходы данных усилителей мощности являются вторым и третьим выходами блока управления, и подключены к вторым входам первого и второго полностью управляемых ключей, а вторые выходы датчиков через элемент «ИЛИ» подключены к входу излучателя, выход которого является оптическим выходом блока управления и соответствующего базового модуля, при этом вторые входы элементов «И» подключены к выходу приемника, вход которого является оптическим входом блока управления и соответствующего базового модуля.Preferably, in the device for reactive power compensation, the control unit contains two identical circuits, for positive and negative voltage polarity, each of which has a sensor, each of which is connected via an appropriate RC circuit to the power supply and connected via an output through the corresponding element “AND »To the corresponding power amplifier, while the outputs of these power amplifiers are the second and third outputs of the control unit, and are connected to the second inputs of the first and second fully control keys, and the second outputs of the sensors through the element "OR" are connected to the input of the emitter, the output of which is the optical output of the control unit and the corresponding base module, while the second inputs of the elements "And" are connected to the output of the receiver, the input of which is the optical input of the control unit and corresponding base module.

Целесообразно, чтобы устройство для компенсации реактивной мощности содержало в качестве полностью управляемых силовых ключей IGBT ключи, GTO ключи, или любые другие аналогичные, полностью управляемые ключи.It is advisable that the device for reactive power compensation contains IGBT keys, GTO keys, or any other similar, fully controllable keys as fully controllable power keys.

Желательно, чтобы устройство для компенсации реактивной мощности содержало необходимое количество «n» базовых модулей в зависимости от заданного уровня напряжения сети U_зад. и рабочего напряжения каждого базового модуля U_paб..It is desirable that the device for reactive power compensation contains the necessary number of "n" base modules depending on a given voltage level of the network U _ass. and operating voltage of each base module U _pa. .

Технический результат настоящего изобретения заключается в упрощении устройства для компенсации реактивной мощности, т.к. сигналы управления разбиты на две группы, и не зависят от количества последовательных базовых модулей (уровней) в устройстве.The technical result of the present invention is to simplify the device for reactive power compensation, because control signals are divided into two groups, and do not depend on the number of consecutive basic modules (levels) in the device.

Также не зависит от количества последовательных базовых модулей (уровней) в устройстве коэффициент несинусоидальности искажений по напряжению, потому что частота ШИМ, одинаковая в обеих группах управления, только сдвинута по фазе.Also, the voltage distortion non-sinusoidality coefficient is independent of the number of consecutive basic modules (levels) in the device, because the PWM frequency, which is the same in both control groups, is only shifted in phase.

Данное устройство для компенсации реактивной мощности позволяет снизить вдвое количество полностью управляемых силовых ключей в каждом базовом модуле, причем они менее зависимы от силовой цепи устройства при подключении к нагрузке, потому, что они связаны параллельно с мощной конденсаторной группой базового модуля, что снижает требование к воздействию на них рабочего напряжения.This device for reactive power compensation allows you to halve the number of fully controllable power switches in each base module, and they are less dependent on the power circuit of the device when connected to the load, because they are connected in parallel with the powerful capacitor group of the base module, which reduces the requirement for exposure on them working voltage.

Также очень важно для высоковольтной части устройства, что с целью повышения надежности полностью управляемых силовых ключей, не требуется их последовательного включения, а избыточность переносится на количество базовых модулей в данном устройстве (на количество уровней).It is also very important for the high-voltage part of the device that, in order to increase the reliability of fully controllable power switches, they do not need to be connected in series, and redundancy is transferred to the number of basic modules in this device (to the number of levels).

Для более подробного раскрытия полезной модели далее приводится описание конкретных возможных вариантов ее выполнения с соответствующими чертежами.For a more detailed disclosure of the utility model, the following is a description of specific possible options for its implementation with the corresponding drawings.

Фиг. 1 - упрощенная однофазная блок-схема устройства для компенсации реактивной мощности, выполненная согласно полезной модели.FIG. 1 is a simplified single-phase block diagram of a device for reactive power compensation, made according to a utility model.

Фиг. 2 - блок-схема блока управления, выполненная согласно полезной модели.FIG. 2 is a block diagram of a control unit made in accordance with a utility model.

Устройство для компенсации реактивной мощности (Фиг. 1), содержит последовательно соединенные базовые модули 1_1, …1_n, каждый из которых имеет конденсаторную группу (КГ) 2 переменной емкости, содержащую несколько параллельно включенных конденсаторов 2_1, …, 2_n, и силовую полупроводниковую схему, каждая из которых имеет блок управления 7, и две одинаковые силовые цепи, каждая из которых содержит накопитель энергии в виде индуктивной нагрузки, и полностью управляемый ключ 5 (или 6) для периодического попеременного подключения конденсаторов 2_1, …, 2_n, конденсаторных групп 2 переменной емкости к соответствующему накопителю энергии в виде индуктивной нагрузки. В качестве индуктивной нагрузки может быть использован нагрузочный дроссель 3 для одной силовой цепи, или нагрузочный дроссель 4 для другой силовой цепи. При этом конденсаторные группы 2 переменной емкости соединены последовательно между собой, а полюса крайних конденсаторных групп 2 переменной емкости являются выводами устройства компенсации реактивной мощности 1, и выполнены с возможностью их подключения непосредственно к электрической сети. Блок управления 7 подключен параллельно полюсам каждой конденсаторной группы 2 переменной емкости, а две одинаковые силовые цепи выполнены с возможностью изменения емкости конденсаторов конденсаторных групп 2 переменной емкости. При этом одна из силовых цепей предназначена для положительной полярности напряжения линии сети, а другая предназначена для отрицательной полярности напряжения линии сети. Одна из данных силовых цепей одним концом подключена к одному полюсу конденсаторной группы 2 переменной емкости, а другая силовая цепь одним концом подключена к другому полюсу конденсаторной группы 2 переменной емкости, а вторые концы данных силовых цепей объединены, и подключены к второму входу блока управления 7. При этом одна силовая цепь имеет нагрузочный дроссель 3 и полностью управляемый ключ 5, а другая имеет нагрузочный дроссель 4 и полностью управляемый ключ 6 для периодического попеременного подключения конденсаторов конденсаторных групп 2 переменной емкости к нагрузочным дросселям 3 или 4 соответственно.A device for reactive power compensation (Fig. 1), contains serially connected base modules 1_1, ... 1_n, each of which has a capacitor group (KG) 2 of variable capacity, containing several capacitors 2_1, ..., 2_n connected in parallel, and a power semiconductor circuit, each of which has a control unit 7, and two identical power circuits, each of which contains an energy storage in the form of an inductive load, and a fully controllable switch 5 (or 6) for periodically alternating connection of capacitors 2_1, ..., 2 _n, capacitor groups 2 of variable capacity to the corresponding energy storage in the form of inductive load. As an inductive load, a load reactor 3 for one power circuit or a load reactor 4 for another power circuit can be used. In this case, the variable capacitor groups 2 are connected in series with each other, and the poles of the extreme variable capacitor groups 2 are the outputs of the reactive power compensation device 1, and are configured to connect them directly to the electrical network. The control unit 7 is connected parallel to the poles of each capacitor group 2 of variable capacity, and two identical power circuits are configured to change the capacitance of the capacitors of the capacitor groups 2 of variable capacity. In this case, one of the power circuits is designed for a positive polarity of the voltage of the network line, and the other is intended for the negative polarity of the voltage of the network line. One of these power circuits is connected at one end to one pole of the variable capacitor group 2, and the other power circuit is connected at one end to the other pole of the variable capacitor group 2, and the second ends of these power circuits are combined, and connected to the second input of the control unit 7. In this case, one power circuit has a load choke 3 and a fully controllable key 5, and the other has a load choke 4 and a fully controllable key 6 for periodically alternately connecting capacitors a capacitor ny groups 2 of variable capacity to load reactors 3 or 4 respectively.

Первая из одинаковых силовых цепей, в предпочтительном варианте исполнения, содержит последовательно соединенные ограничивающий резистор 8, нагрузочный дроссель 3 и полностью управляемый ключ 5, а также имеет восстанавливающий диод 10, включенный параллельно ограничивающему резистору 8 и нагрузочному дросселю 3.The first of the same power circuits, in a preferred embodiment, comprises a limiting resistor 8, a load inductor 3 and a fully controllable switch 5 connected in series, and also has a recovery diode 10 connected in parallel with the limiting resistor 8 and the load inductor 3.

А вторая из одинаковых силовых цепей содержит последовательно соединенные ограничивающий резистор 9, нагрузочный дроссель 4 и полностью управляемый ключ 6, а также имеет восстанавливающий диод 11, включенный параллельно ограничивающему резистору 9 и нагрузочному дросселю 4.And the second of the same power circuits contains a series-connected limiting resistor 9, a load choke 4 and a fully controllable switch 6, and also has a recovery diode 11 connected in parallel with the limit resistor 9 and a load choke 4.

При этом анод каждого восстанавливающего диода 10, 11 подключен к первому входу соответствующего полностью управляемого ключа 5 или 6, а катод каждого восстанавливающего диода 10, 11 подключен к соответствующему полюсу конденсаторной группы 2 переменной емкости, при этом вторые входы первого и второго полностью управляемых ключей 5 или 6 подключены соответственно к второму и третьему выходам блока управления 7, а выходы первого и второго полностью управляемых ключей 5 или 6 являются выходами данных силовых цепей.In this case, the anode of each recovery diode 10, 11 is connected to the first input of the corresponding fully controlled key 5 or 6, and the cathode of each recovery diode 10, 11 is connected to the corresponding pole of the capacitor group 2 of variable capacity, while the second inputs of the first and second fully controlled keys 5 or 6 are connected respectively to the second and third outputs of the control unit 7, and the outputs of the first and second fully controllable keys 5 or 6 are the outputs of these power circuits.

Блок управления 7, каждого базового модуля 1_1…, 1_n, имеет первые вход и выход, которые являются также оптическим входом и выходом 16_1, …16_n каждого базового модуля, которые связаны посредством оптических каналов управления с модулем управления 17, а четные базовые модули 1_2, …1_n имеют четные оптические входы и выходы 16_2, …16_n, которые образуют первый оптический канал управления 19, при этом нечетные базовые модули 1_1, …1_n-1 имеют нечетные оптические входы и выходы 16_1, …16_n-1, которые образуют второй оптический канал управления 18, а модуль управления 17 выполнен с возможностью управления первые пол периода ШИМ четными входами и выходами 16_2, …16_n, по первому каналу управления 19, а вторые пол периода ШИМ нечетными входами и выходами 16_1, …16_n-1 по второму каналу управления 18.The control unit 7, of each base module 1_1 ..., 1_n, has the first input and output, which are also the optical input and output 16_1, ... 16_n of each base module, which are connected via optical control channels to the control module 17, and even basic modules 1_2, ... 1_n have even optical inputs and outputs 16_2, ... 16_n, which form the first optical control channel 19, while the odd base modules 1_1, ... 1_n-1 have odd optical inputs and outputs 16_1, ... 16_n-1, which form the second optical channel control 18, and control module 1 7 is configured to control the first half of the PWM period by even inputs and outputs 16_2, ... 16_n, through the first control channel 19, and the second half of the PWM period by odd inputs and outputs 16_1, ... 16_n-1 through the second control channel 18.

Каждый блок управления 7 выполнен с возможностью управления включением и выключением попеременно одной или другой силовой цепи для изменения емкости конденсаторов конденсаторных групп 2 переменной емкости в зависимости от положительной или отрицательной полярности напряжения линии сети, а первый 19 и второй 18 оптические каналы управления выполнены с возможностью принятия синхронных сигналов ШИМ попеременно, с фазовым сдвигом синхронных сигналов ШИМ, как минимум, на полпериода ШИМ.Each control unit 7 is configured to control the on and off switching of one or the other power circuit to change the capacitance of the capacitors of the variable capacitor groups 2 depending on the positive or negative polarity of the voltage of the network line, and the first 19 and second 18 optical control channels are configured to accept synchronous PWM signals alternately, with a phase shift of the synchronous PWM signals, at least half a PWM period.

Каждый из полностью управляемых ключей 5 или 6, в предпочтительном варианте исполнения, содержит коммутатор 12 или 13, встречно параллельно которому включен силовой диод 14 или 15, при этом коллектор каждого силового диода 14 или 15 подключен к соответствующему аноду восстанавливающего диода 10 или 11, а эмиттеры каждого силового диода 14 или 15 объединены и подключены к второму входу блока управления 7.Each of the fully controllable keys 5 or 6, in the preferred embodiment, contains a switch 12 or 13, in parallel with which a power diode 14 or 15 is connected, while the collector of each power diode 14 or 15 is connected to the corresponding anode of the recovery diode 10 or 11, and emitters of each power diode 14 or 15 are combined and connected to the second input of the control unit 7.

В предпочтительном исполнении блок управления 7 (Фиг. 2) содержит две одинаковые цепи, для положительной и отрицательной полярности напряжения, каждая из которых имеет датчик 24, каждый из которых входом подключен через соответствующую R-C цепь 23 к блоку питания 22, а выходом подключен через соответствующий элемент «И» 25 к соответствующему усилителю мощности 26, при этом выходы данных усилителей мощности 26 являются вторым и третьим выходами блока управления 7, и подключены к вторым входам первого и второго полностью управляемых ключей 5 или 6, а вторые выходы датчиков 24 через элемент «ИЛИ» 27 подключены к входу излучателя 20, выход которого является оптическим выходом блока управления 7 и соответствующего базового модуля 1_1, …1_n, при этом вторые входы элементов «И» 25 подключены к выходу приемника 21, вход которого является оптическим входом блока управления 7 и соответствующего базового модуля 1_1, …1_n.In a preferred embodiment, the control unit 7 (Fig. 2) contains two identical circuits, for positive and negative voltage polarity, each of which has a sensor 24, each of which is connected via an appropriate RC circuit 23 to a power supply 22 and the output is connected through a corresponding the element "And" 25 to the corresponding power amplifier 26, while the outputs of the data of the power amplifiers 26 are the second and third outputs of the control unit 7, and are connected to the second inputs of the first and second fully controllable keys 5 or 6, and the second outputs of the sensors 24 through the “OR” element 27 are connected to the input of the emitter 20, the output of which is the optical output of the control unit 7 and the corresponding base module 1_1, ... 1_n, while the second inputs of the “25” elements are connected to the output of the receiver 21, the input of which is the optical input of the control unit 7 and the corresponding base module 1_1, ... 1_n.

В предпочтительном варианте исполнения устройство для компенсации реактивной мощности может содержать в качестве полностью управляемых ключей 5 и 6 IGBT ключи, GTO ключи, или любые другие аналогичные, полностью управляемые ключи.In a preferred embodiment, the reactive power compensation device may comprise, as fully controllable keys 5 and 6, IGBT keys, GTO keys, or any other similar, fully controllable keys.

Устройство для компенсации реактивной мощности работает следующим образом.A device for reactive power compensation works as follows.

При появлении в одном направлении, например положительной полуволны напряжения в линии, на устройстве компенсации реактивной мощности, его величина равномерно распределится по модулям 1_1…1_n и, следовательно, и на конденсаторных группах 2 переменной емкости в каждом модуле. На выходе каждого датчика 24 положительного напряжения, расположенного в блоке управления 7, полностью управляемых ключей 5,6 всех модулей сформируется выходной оптический сигнал, который по оптическим входам-выходам 16_1…16_n, сгруппированным, как минимум, в два оптических канала управления 18, 19 (для четной группы базовых модулей и нечетной группы) передается в модуль управления 17, размещаемый на потенциале земли. Модуль управления 17 сравнивает полученную величину напряжения с заданным для обеспечения помехоустойчивости порогом. При превышении этого порога выдает синхронные сигналы ШИМ с частотой, в десятки раз превышающей частоту промышленной сети, и с фазовым сдвигом в одном оптическом канале управления 18, (19) по отношению к другому оптическому каналу управления 19 (18) на полпериода. Модуль управления 17 управляет длительностью импульсов ШИМ, подаваемых по управляющим оптическим входам-выходам 16_1, …, 16_n на входы каждого блока управления 7, который будет включать и выключать десятки раз в течение полпериода промышленной частоты полностью управляемый ключ 5 (6), например, в нечетных модулях 1_1…1_n-1. Конденсаторная группа 2 переменной емкости в нечетных модулях 1_1…n-1 будет разряжаться в течение заданной модулем управления 17 длительности импульса ШИМ на нагрузочный дроссель 3 через ограничительный резистор 8, встречно-параллельный диод 15 полностью управляемого ключа 6 и восстанавливающий диод 11. Поскольку индуктивности дросселей 3, 4 равны, и очень малы по отношению к индуктивности линии, напряжение на КГ 2 переменной емкости начнет снижаться, в то время как в четной группе модулей 1_2…1_n на конденсаторной группе 2 переменной емкости, где нет управления, напряжение начнет возрастать за полпериода ШИМ на гораздо меньшую величину, т.к. их заряд ограничивается большей индуктивностью линии. В течение следующего полпериода ШИМ, в четной группе модулей 1_2…1_n на конденсаторной группе 2 переменной емкости, где теперь есть управление, напряжение начнет убывать за полпериода ШИМ на гораздо большую величину, чем в нечетной группе модулей 1_1…1_n-1 на конденсаторной группе 2 переменной емкости, где нет управления, напряжение начнет вновь возрастать за полпериода ШИМ на гораздо меньшую величину. В среднем значении за время действия положительной полуволны напряжения в линии напряжение на устройстве компенсации реактивной мощности начнет уменьшаться, что эквивалентно изменению реактивного емкостного сопротивления в меньшую сторону, и что также эквивалентно изменению значения емкости устройства для компенсации реактивной мощности в большую сторону.If in one direction, for example, a positive half-wave of voltage appears in the line on the reactive power compensation device, its value will be evenly distributed among the modules 1_1 ... 1_n and, consequently, on the capacitor groups 2 of variable capacity in each module. At the output of each positive voltage sensor 24, located in the control unit 7, of fully controllable keys 5.6 of all modules, an optical output signal is generated, which is grouped into at least two optical control channels by optical inputs-outputs 16_1 ... 16_n (for an even group of basic modules and an odd group) is transmitted to the control module 17, placed on the ground potential. The control module 17 compares the obtained voltage value with a predetermined threshold to provide noise immunity. When this threshold is exceeded, it generates synchronous PWM signals with a frequency ten times higher than the frequency of the industrial network and with a phase shift in one optical control channel 18, (19) relative to the other optical control channel 19 (18) for half a period. The control module 17 controls the duration of the PWM pulses supplied by the control optical inputs-outputs 16_1, ..., 16_n to the inputs of each control unit 7, which will turn on and off dozens of times during the half-cycle of the industrial frequency a fully controlled key 5 (6), for example, odd modules 1_1 ... 1_n-1. The capacitor group 2 of variable capacitance in the odd modules 1_1 ... n-1 will be discharged during the pulse width of the PWM pulse specified by the control module 17 to the load inductor 3 through the limiting resistor 8, the cross-parallel diode 15 of the fully controlled switch 6 and the recovery diode 11. Since the inductances of the chokes 3, 4 are equal, and very small with respect to the line inductance, the voltage on the KG 2 of variable capacity will begin to decrease, while in the even group of modules 1_2 ... 1_n on the capacitor group 2 of variable capacity, where a control voltage starts to increase half-period of the PWM at a much smaller size, since their charge is limited by the greater inductance of the line. During the next half-cycle of the PWM, in an even group of modules 1_2 ... 1_n on the capacitor group 2 of variable capacity, where control is now available, the voltage will begin to decrease over the half-period of the PWM by a much larger amount than in the odd group of modules 1_1 ... 1_n-1 on the capacitor group 2 variable capacitance, where there is no control, the voltage will begin to increase again in half a period of PWM by a much smaller value. On average, during the duration of the positive half-wave of voltage in the line, the voltage on the reactive power compensation device starts to decrease, which is equivalent to a smaller change in reactive capacitance, and which is also equivalent to a larger change in the value of the capacitance of the device for reactive power compensation.

Аналогичным образом устройство работает при полуволне переменного напряжения в линии другого направления - обратной полярности, когда обратное напряжение выявляется датчиком 24 блока управления 7, который переключает импульсы ШИМ, поступающие по оптическим входам-выходам 16_1, …, 16_n от модуля управления 17 также через, как минимум, две группы оптических каналов управления 18, 19 с фазовым сдвигом на пол периода ШИМ на полностью управляемые ключи 6. Конденсаторная группа 2 переменной емкости в нечетных модулях 1_1…1_n-1 будет разряжаться в течение заданной модулем управления 17 длительности импульсов (ШИМ) на нагрузочный дроссель 4 через ограничивающий резистор 9, встречно-параллельный силовой диод 14, полностью управляемый ключ 5 и восстанавливающий диод 10. Поскольку индуктивности дросселей 3, 4 равны и очень малы по отношению к индуктивности линии напряжение на КГ 2 переменной емкости начнет снижаться. В среднем значении, за время действия отрицательной полуволны напряжения в линии, напряжение на устройстве для компенсации реактивной мощности начнет уменьшаться, что эквивалентно изменению реактивного емкостного сопротивления в меньшую сторону и что также эквивалентно изменению значения емкости данного устройства в большую сторону.Similarly, the device operates at a half-wave of alternating voltage in a line of a different direction - reverse polarity, when the reverse voltage is detected by the sensor 24 of the control unit 7, which switches the PWM pulses arriving at the optical inputs-outputs 16_1, ..., 16_n from the control module 17 also through at least two groups of optical control channels 18, 19 with a phase shift of half the period of the PWM to fully controllable keys 6. The capacitor group 2 of variable capacity in the odd modules 1_1 ... 1_n-1 will be discharged during given by the control module 17 of the pulse duration (PWM) to the load inductor 4 through a limiting resistor 9, an anti-parallel power diode 14, a fully controllable switch 5 and a recovery diode 10. Since the inductances of the inductors 3, 4 are equal and very small with respect to the line inductance on KG 2 variable capacity will begin to decline. In the average value, during the period of the negative half-wave of the voltage in the line, the voltage on the device for reactive power compensation starts to decrease, which is equivalent to a smaller change in reactive capacitance and which is also equivalent to a larger change in the capacitance of this device.

Таким образом, эффективное емкостное сопротивление устройства для компенсации реактивной мощности меняется от сопротивления на основной частоте (50 Гц), когда импульсы управления отключены, до значения, в «n» раз меньшего, что равносильно увеличению в «n» раз заданного значения емкости устройства компенсации реактивной мощности, когда импульсы управления включены, при этом в первом канале управления ШИМ каждого направления, например четного конденсатора в упомянутой последовательной силовой цепи происходит со сдвигом в полпериода от управления второго канала ШИМ в упомянутом направлении, например, нечетного конденсатора в последовательной силовой цепи.Thus, the effective capacitive resistance of a device for reactive power compensation varies from the resistance at the fundamental frequency (50 Hz), when the control pulses are turned off, to a value “n” times smaller, which is equivalent to an increase in “n” times the set value of the compensation device capacitance reactive power, when the control pulses are turned on, while in the first PWM control channel of each direction, for example, an even capacitor in the aforementioned series power circuit, occurs with a half-period shift from positioning the second PWM channel in said direction, for example, an odd capacitor in a series power circuit.

Также надо отметить, что благодаря модульному построению устройства для компенсации реактивной мощности, легко решаются вопросы технологичности, массогабаритные показатели, и вопросы резервирования, посредством введения минимальной избыточности, что также обеспечивает значительное повышение надежности всего устройства.It should also be noted that due to the modular construction of the device for reactive power compensation, the manufacturability issues, weight and size indicators, and redundancy issues are easily solved by introducing minimal redundancy, which also provides a significant increase in the reliability of the entire device.

Как очевидно специалистам в данной области техники, данную полезную модель легко разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данной полезной модели.As is obvious to those skilled in the art, this utility model is easy to develop in other specific forms without going beyond the essence of this utility model.

При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем полезной модели представлен ее формулой, и предполагается, что в нее включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данной полезной модели.Moreover, the present embodiments should be considered merely illustrative, and not limiting, and the volume of the utility model is represented by its formula, and it is assumed that it includes all possible changes and the equivalence domain of the claims of this utility model.

Claims

1. A device for reactive power compensation, containing series-connected base modules, each of which is connected to a control module and consists of a capacitor group and a power semiconductor circuit having switched semiconductor power components and configured to regulate the capacitance of the capacitor group by periodically connecting them to electric network, characterized in that it contains capacitor groups of variable capacity, which are connected in series with each other, the poles of the extreme capacitor groups of variable capacitance are the outputs of the reactive power compensation device and are configured to connect them directly to the electrical network, and each of the basic modules has optical inputs and optical outputs connected via optical control channels to the control module, with each power the semiconductor circuit contains a control unit connected in parallel with the poles of each capacitor group of variable capacitance and having first input and output , which are also the optical input and output of each base module, as well as two identical power circuits, configured to change the capacitance of the capacitors of variable capacitor groups, while one of the power circuits is designed for the positive polarity of the voltage of the network line, and the other is designed for the negative polarity voltage of the network line, while one of these power circuits is connected at one end to one pole of the capacitor group of variable capacitance, and the other power circuit is connected at one end ohm is connected to the other pole of the capacitor group of variable capacitance, and the second ends of these power circuits are combined and connected to the second input of the control unit, while each of the power circuits has at least an energy storage in the form of an inductive load and a fully controllable switch for periodic alternating connecting capacitors of capacitor groups of variable capacity to the electric network, and even basic modules have even optical inputs and outputs that form the first optical control channel, In this case, the odd base modules have odd optical inputs and outputs that form the second optical control channel, and the control module is configured to control the first half-period of the PWM even inputs and outputs on the first control channel, and the second half-period of the PWM odd inputs and outputs on the second control channel, each control unit is configured to control the on and off alternately of one or the other power circuit to change the capacitance of the capacitors of the capacitor groups ne TERM capacitance depending on a positive or negative polarity of the line voltage network, and the first and second optical control channels are arranged to decision synchronous PWM signals alternately with a phase shift PWM synchronous signals for at least a half period of PWM.

2. A device for reactive power compensation according to claim 1, characterized in that each of the same power circuits also contains a limiting resistor and a recovery diode, and has a load inductor as an energy storage in the form of an inductive load, while the limiting resistor, load inductor and a fully controllable switch is interconnected in series, and the recovery diode is connected in parallel with the limiting resistor and the load choke, and the anode of each recovery diode is connected the first input of the corresponding fully managed key, while the cathode of each recovery diode is connected to the corresponding pole of the capacitor group of variable capacitance, and the second inputs of the first and second fully managed keys are connected respectively to the second and third outputs of the control unit, and the outputs of the first and second fully controlled keys are outputs of these circuits.

3. A device for reactive power compensation according to claim 1, characterized in that each of the fully controllable keys contains a switch, a power diode is connected in parallel to which, the collector of each power diode is connected to the corresponding anode of the recovery diode, and the emitters of each power diode are combined and connected to the second input of the control unit.

4. A device for reactive power compensation according to claim 1, characterized in that the control unit contains two identical circuits for positive and negative voltage polarity, each of which has a sensor, each of which is connected to the power supply via an appropriate RC circuit and an output connected through the corresponding element "And" to the corresponding power amplifier, while the outputs of these power amplifiers are the second and third outputs of the control unit and are connected to the second inputs of the first and second completely keys, and the second outputs of the sensors through the "OR" element are connected to the input of the emitter, the output of which is the optical output of the control unit and the corresponding base module, while the second inputs of the "And" elements are connected to the output of the receiver, the input of which is the optical input of the control unit and corresponding base module.

5. The device for reactive power compensation according to claim 1, characterized in that it contains, as fully controlled power keys, IGBT keys, GTO keys or any other similar fully controllable keys.

6. The device for reactive power compensation according to claim 1, characterized in that it contains the required number n of base modules depending on a given voltage level of the mains U _ass and the operating voltage of each base module U _pa6 .