RU198749U1 - 3-PHASE ENERGY SAVING DEVICE - Google Patents

3-PHASE ENERGY SAVING DEVICE Download PDF

Info

Publication number
RU198749U1
RU198749U1 RU2019135584U RU2019135584U RU198749U1 RU 198749 U1 RU198749 U1 RU 198749U1 RU 2019135584 U RU2019135584 U RU 2019135584U RU 2019135584 U RU2019135584 U RU 2019135584U RU 198749 U1 RU198749 U1 RU 198749U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
output
outputs
reactive power
network
Prior art date
Application number
RU2019135584U
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 RU2019135584U priority Critical patent/RU198749U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU198749U1 publication Critical patent/RU198749U1/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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, преимущественно к устройствам, повышающим эффективность потребления электроэнергии, а именно к устройствам, обеспечивающим централизованную компенсацию реактивной мощности.Техническим результатом является улучшение качества электрической энергии и повышение надежности функционирования за счет повышения точности компенсации реактивной мощности и снижения нагрузки на полупроводниковые коммутирующие устройства.В полезной модели результат обеспечивается тремя взаимосвязанными уровнями компенсации реактивной мощности, два из которых являются дискретными, а один аналоговым, что позволяет обеспечить повышение точности компенсации. В устройстве обеспечено «горячее» резервирование косинусных конденсаторов, что повышает надежность функционирования. Полезная модель содержит регулятор реактивной мощности 1, измеритель реактивной мощности 2, контроллер 5, первую, вторую и третью группу косинусных конденсаторов 6, 8, 16, а также элемент с плавно регулируемой емкостью 11 и элемент с плавно регулируемой индуктивностью 12. 1 н.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to electrical engineering, mainly to devices that increase the efficiency of electricity consumption, namely, devices that provide centralized compensation of reactive power. The technical result is to improve the quality of electrical energy and increase the reliability of operation by increasing the accuracy of compensation of reactive power and reducing the load on semiconductor switching In the utility model, the result is provided by three interconnected levels of reactive power compensation, two of which are discrete, and one is analog, which makes it possible to improve the compensation accuracy. The device provides "hot" backup of cosine capacitors, which increases the reliability of operation. The utility model contains a reactive power regulator 1, a reactive power meter 2, a controller 5, the first, second and third group of cosine capacitors 6, 8, 16, as well as an element with a continuously variable capacitance 11 and an element with a continuously variable inductance 12.1 n.p. ... f-ly, 1 dwg

Description

Полезная модель 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 utility model relates to electrical engineering, mainly to devices that increase the efficiency of electricity consumption, namely, devices that provide centralized compensation for 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 at the enterprise, as well as means of converting electricity (asynchronous 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 full use of all the rated power of alternating current 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 reactances in it, leads to the loss of a certain amount of energy, which is lost in the wires of the entire electrical circuit. An increased load of networks with reactive current also leads to a decrease in the voltage in the network, and sharp fluctuations in reactive power - to voltage fluctuations in the network. At the same time, for transformers, with an increase in the phase shift between the current and the voltage of the network, the throughput for active power decreases due to an increase in reactive load, and for the power consumers of the enterprise, productivity decreases and even the performance is disrupted.

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, predominantly of a capacitive nature.

Из уровня техники известны устройства компенсации реактивной мощности в электрических сетях предприятий, которые выполняются в основном с использованием следующих средств:From the prior art, devices for reactive power compensation in electrical networks of enterprises are known, which are carried out 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 made on the basis of non-rebuildable shunt reactors. The disadvantage of such compensators is the possibility of overcompensation and parasitic 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, filters of higher harmonics and a static reactive power compensator on fully controlled valves are used as compensation means (STATCOM), which partially eliminates the above disadvantages. However, the disadvantage of such a reactive power compensator is its high cost, significant active power consumption 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 direction for reactive power compensation in networks with voltage 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 batteries of cosine capacitors in energy saving devices are: the absence of mechanically moved parts during operation, the absence of nonlinear distortion sources in them, ease of installation and operation, and the ability to install at any points of the enterprise's power grid.

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 of 20.09.2008] 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 the line and the neutral wire of the network. However, this device has a limited range and low control accuracy due to the small number of control stages, as well as low reliability due to the inability 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 подключается 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. USA No. US 8339111 B2 dated 25.12.2012], containing a reactive power regulator, a voltage and current sensor module connected to the line wire of the network, a reactive power meter, the input of which is connected to the output of the voltage and current sensors 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 outputs of which are connected to the line wire of the network, n base cosine capacitors, the first outputs of which are combined and connected to the second power output of the first switch, n electronic keys, the first power outputs are connected to the second conclusions of the corresponding from the base cosine capacitors, and the second power outputs of which are combined and connected to the neutral wire of the network, m reserve cosine capacitors, the first outputs of which are combined and connected to the second power output of the second switch, m electronic keys, the first power outputs of which are connected to the second the outputs of the corresponding from the reserve cosine capacitors, and the second outputs of which are combined and connected to the neutral wire of the network, while the corresponding control outputs of the reactive power regulator are connected to the control inputs: the first and second switches, n-base 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, the capacitance of which is selected from the ratio C i = 2C i + 1 (where 1 ≥ i ≤ n), which makes it possible to reduce the capacitance step of the connected capacitors and, as a consequence, improve the accuracy of reactive power compensation in comparison with device from US Pat. RF No. 2641643. The known device contains m backup cosine capacitors, which can be operatively connected instead of the 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 limited compensation accuracy due to the limited number of used cosine capacitors and, accordingly, compensation steps. In this case, the compensation accuracy is limited by the value of the capacitance 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 a large load on thyristor switches, which ensure the connection of higher-order capacitors (with the highest nominal capacity value) and, as a consequence, which leads to their breakdowns, and as a consequence - a decrease in the reliability of operation. In this case, there is an overload both in current (due to the nominal capacity value) 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 electrical energy by increasing the reliability of operation and increasing the accuracy of reactive power compensation.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство энергосбережения 3-х фазной сети, содержащее регулятор реактивной мощности и для каждой из фаз: модуль датчиков напряжения и тока, подключаемый к линейному проводу сети, измеритель реактивной мощности, вход которого подключается 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 ко 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 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 task is solved due to the fact that in the energy saving device of a 3-phase network, containing a reactive power regulator and for each of the phases: a voltage and current sensor module connected to the line wire of the network, a reactive power meter, the input of which is connected to the output of the sensor module voltage and current, 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 outputs of which are connected to the line wire of the network, n base cosine capacitors, the first outputs of which are combined and connected to the second power output of the first switch, n electronic switches, the first power outputs are connected to the second outputs of the corresponding from the base cosine capacitors, and the second power outputs of which are combined and connected to the neutral wire of the network, m reserve cosine capacitors, the first outputs of which are combined and connected to the second power output of the second switch , m electronic keys, the first power outputs of which are connected to the second outputs of the corresponding from the reserve cosine capacitors, and the second outputs of which are combined and connected to the neutral wire of the network, while the corresponding control outputs of the reactive power regulator are connected to the control inputs of the first and second switches, n - base cosine capacitors and m-reserve cosine capacitors, introduced: the first and second additional electronic switches, the first power outputs of which are connected to the line wire of the network, an element with a continuously variable capacitance, the first output of which is connected to the second power output of the first additional electronic switch, and the second output of which is connected to the neutral wire of the 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 connected to the control input of the element with continuously variable capacitance, the second interface module, the output of which is connected to the control input of the element with continuously variable inductance, the controller, the first and second information inputs of which are connected, respectively: to the output of the reactive power meter and to the additionally organized information the 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 additionally organized information input of the reactive power regulator, k - power contactors, the first power outputs of which are connected to the linear wire of the network, k are power cosine capacitors, the first conclusions of which are connected to the neutral wire of the network, and the second outputs of which are connected to the second power outputs corresponding to the power х contactors, additionally 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 variable capacitance and an element with a continuously variable inductance can be made in the form of a tunable series 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 течение 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 дугогасящими 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. Полезная модель 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 the reactive power compensation is carried out by three groups of reactivities in accordance with the components of the structure of the reactive power of the enterprise. The first group is the 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 the component of reactive power arising at the beginning of working hours at the enterprise. The second group - changes in the operating mode of equipment or equipment groups in individual divisions 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 the reactive power component of the first group by connecting cosine capacitors of the same large capacity by means of power contactors with arc suppression 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 reactive power component of the third group is compensated by changing the continuously adjustable reactivity of the corresponding sign. The utility model is illustrated by a 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 implementation. The links indicated between the functional blocks, in the general case, are multichannel, in order to provide the algorithm of functioning reflected in the claims and description of the invention. The functional units are powered from an uninterruptible power supply, which is not shown in the drawings.

На фиг. 1 приведена функциональная схема адаптивного устройства энергосбережения 3-х фазной сети.FIG. 1 shows a functional diagram of an adaptive energy saving device for a 3-phase network.

Адаптивное устройство энергосбережения 3-х фазной сети 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.An adaptive energy saving device for a 3-phase network contains a reactive power regulator 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 switches 7, backup cosine capacitors 8, the first additional electronic key 9, second additional electronic key 10, element with continuously variable capacitance 11, element with continuously variable inductance 12, first interface module 13, second interface module 13, controller 14, power contactors 15, power cosine capacitors 16. Element with continuously variable capacitance 11, the element with continuously variable inductance 12 can be made in the form of series LC circuits containing capacitors 17, 18 and bias chokes 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.The adaptive power saving device works 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 regulator 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 the immediate vicinity of 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 on command from the reactive power regulator 1, the first switch 4 is turned on, 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 line wire of the network and the neutral wire of the network turns on the corresponding set of base 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, a command is issued from the control unit 1 to the controller 5 to turn on the fine compensation loop. At 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 line wire of the network) and the magnitude of the mismatch and, by means of electronic keys 9 and 10, turns on an element with a continuously variable capacitance 17 or an element with a continuously variable inductance 18. The control signal from the controller 5 to the element with a continuously variable capacitance 17 and the element with a continuously variable inductance 18 is fed through the first interface module 13 and the second interface module 14, respectively, which provide the necessary conversion of the control signal to ensure the necessary characteristics of tuning the nominal reactivity of these elements. The first and second interface modules 13, 14 are made depending on the specific implementation of an element with a continuously variable capacitance 11 and an element with a continuously variable inductance 12. For example, when performing an element with a continuously variable capacitance 11 and an element with a continuously variable inductance 12 using a capacitance 17 and a bias choke 18, forming a series LC circuit, the first and second interface modules 13, 14 may contain, in their composition, elements such as an analog-to-digital converter, analog amplifiers and other interface elements. It is possible to implement an element with a continuously variable capacitance 11 and an element with a continuously variable inductance 12 on a single serial 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 extend the tuning range and protect the series 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 течение 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 the capacitance and inductance introduced into the network by an element with a continuously variable capacitance 11 and an element of a continuously variable inductance 12 are set by the controller 5 and when their reactance is restructured more than 1.2-1.8 times during a given time (for example, 2-10 seconds) the reactivity value 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 issues a control signal to connect (undercompensate) or disconnect (overcompensate) the corresponding of the base cosine capacitors 6 ...

В процессе функционирования, при выходе из строя базовых косинусных конденсаторов 6, так же, 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.In the process of operation, in case of failure of the basic cosine capacitors 6, as in the device used as a prototype, the reactive power control unit 1 through the second switch 5 and electronic keys 7 connects the corresponding from the reserve cosine capacitors 8.

На фиг. 1 показано подключение аналогичных совокупностей для фаз В и С 3-х фазной сети к общему блоку управления реактивной мощности 1.FIG. 1 shows the connection of similar sets for phases B and C of a 3-phase network to a common reactive power control unit 1.

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 large-capacity cosine capacitors is performed by power contactors 15, the advantages of which are: resistance to impulse overvoltages and destructive interference that occurs during lightning discharges and as a result of switching processes, exceptional electrical isolation between the control circuit of the contact group, low voltage drop across closed contacts , and, as a consequence, low (an order of magnitude less than thyristor switches) heat release. At the same time, the disadvantage of power contactors, which consists in a long 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 первый и второй коммутаторы 4, 5 после включения в процессе функционирования, в соответствии с описанным выше алгоритмом остаются практически 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 first and second switches 4, 5 after switching on during operation, in accordance with the algorithm described above, remain almost permanently switched on, it seems expedient to perform them also on the basis of, for example, magnetic starters, which also belong 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. 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.Electronic keys 7, as well as the first and second additional electronic keys 9, 10 can be performed on thyristors with the provision of optocoupler isolation from the control circuit, which will ensure the required speed of the device. The module of current and voltage sensors 2 can be made in the form of a remote element and in its 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 an improvement in the quality of electrical energy and an increase in the stability of operation by increasing the accuracy of compensation of reactive power and reducing the load on semiconductor switching devices, which will improve the reliability and increase the operating time of equipment at the enterprise.

Claims (2)

1. Устройство энергосбережения 3-х фазной сети, содержащее регулятор реактивной мощности и для каждой из фаз: модуль датчиков напряжения и тока, подключаемый к линейному проводу сети, измеритель реактивной мощности, вход которого подключается 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, 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 подключен 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.1. An energy saving device for a 3-phase network, containing a reactive power regulator and for each of the phases: a voltage and current sensor module connected to the line wire of the network, a reactive power meter, the input of which is connected to the output of the voltage and current sensors module, and the output of which connected to the corresponding information input of the reactive power regulator, the first and second switches, the first power outputs of which are connected to the line wire of the network, n base cosine capacitors, the first outputs of which are combined and connected to the second power output of the first switch, n electronic keys, the first power outputs are connected to the second outputs of the corresponding from the base cosine capacitors, and the second power outputs of which are combined and connected to the neutral wire of the network, m reserve cosine capacitors, the first outputs of which are combined and connected to the second power output of the second switch, m electronic switches, the first power outputs which are connected to the second terminals of the corresponding from the reserve cosine capacitors, and the second terminals 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: the first and second switches, n basic cosine capacitors and m reserve cosine capacitors , characterized in that the following are introduced: the first and second additional electronic keys, the first power outputs of which are connected to the line wire of the network, an element with a continuously adjustable capacity, the first output of which is connected to the second power output of the first additional electronic key, and the second output of which is connected to the wire neutral of the 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 connected to the control input of the element with continuously variable capacitance, the second interface module, the output of which is connected to the control input of the element with continuously variable inductance, the controller, the first and second information inputs of which are connected, respectively: to the output of the reactive power meter and to the additionally organized information output of the reactive power, 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 additionally organized information input of the reactive power regulator, k power contactors, the first power outputs of which are connected to the line wire networks, k power cosine capacitors, the first outputs of which are connected to the neutral wire of the network, and the second outputs of which are connected to the second power outputs of the corresponding power contactors, additionally the organized control outputs of the reactive power regulator are connected to the control inputs of the corresponding power contactors. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент с плавно регулируемой емкостью и элемент с плавно регулируемой индуктивностью выполнены в виде перестраиваемого последовательного LC-контура.2. The device according to claim 1, characterized in that the element with a continuously variable capacitance and the element with a continuously variable inductance are made in the form of a tunable series LC circuit.
RU2019135584U 2019-11-06 2019-11-06 3-PHASE ENERGY SAVING DEVICE RU198749U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135584U RU198749U1 (en) 2019-11-06 2019-11-06 3-PHASE ENERGY SAVING DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135584U RU198749U1 (en) 2019-11-06 2019-11-06 3-PHASE ENERGY SAVING DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU198749U1 true RU198749U1 (en) 2020-07-28

Family

ID=71950064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135584U RU198749U1 (en) 2019-11-06 2019-11-06 3-PHASE ENERGY SAVING DEVICE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU198749U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2334336C1 (en) * 2006-12-27 2008-09-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Three-phase symmetric capacitor installation
US8339111B2 (en) * 2009-03-18 2012-12-25 Mitsubishi Electric Corporation Reactive power compensator
RU174881U1 (en) * 2016-07-22 2017-11-09 Иван Михайлович Петров ENERGY-SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK
RU187306U1 (en) * 2018-02-08 2019-03-01 Иван Михайлович Петров ENERGY SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2334336C1 (en) * 2006-12-27 2008-09-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Three-phase symmetric capacitor installation
US8339111B2 (en) * 2009-03-18 2012-12-25 Mitsubishi Electric Corporation Reactive power compensator
RU174881U1 (en) * 2016-07-22 2017-11-09 Иван Михайлович Петров ENERGY-SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK
RU187306U1 (en) * 2018-02-08 2019-03-01 Иван Михайлович Петров ENERGY SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Remya et al. Dynamic voltage restorer (DVR)–areview
Tyll et al. Historical overview on dynamic reactive power compensation solutions from the begin of AC power transmission towards present applications
Meena et al. Analysis of dual active bridge converter for solid state transformer application using single-phase shift control technique
US7843176B2 (en) Apparatus and method for improved power flow control in a high voltage network
CN108828360B (en) Factory full load testing method of high-capacity SVG
Park et al. Development of±400mvar world largest mmc statcom
RU144504U1 (en) REVERSE CENTRALIZED COMPENSATION DEVICE
RU198749U1 (en) 3-PHASE ENERGY SAVING DEVICE
RU2561192C1 (en) DEVICE OF CENTRALISED COMPENSATION OF REACTIVE POWER IN n-PHASE HIGH-VOLTAGE NETWORK
Zhang et al. FACTS-devices and applications
RU2724110C1 (en) Adaptive energy-saving device
Verma et al. Reactive power compensation of solid state transformer for WECS
Satyamsetti et al. A novel simple inductor-controlled VAR compensator
Xi et al. STATCOM control and operation with series connected transformer based 48-pulse VSC
RU195453U1 (en) MULTILEVEL DEVICE FOR COMPENSATION OF REACTIVE POWER AND SUPPRESSION OF HIGH HARMONIC CURRENT
Ahmed et al. Comprehensive Comparative Analysis of TCSC on Power Flow Regulation in HVAC System
Baxtiyorvich et al. Research of protection, operating modes and principles of control of capacitor units (CU)
Jakka et al. Implementation of flexible large power transformers using modular solid state transformer topologies enabled by sic devices
RU2727148C1 (en) Device for compensation of reactive power in high-voltage networks
RU174881U1 (en) ENERGY-SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK
RU2715731C1 (en) Voltage control system in alternating current distribution network
Yi et al. Principle and algorithm of reactive power management for LCC-based parallel MTDC transmission system
Singh et al. A Review of Power Quality Improvements by using FACTS devices
US20230231385A1 (en) Passive reactive compensation for a wind power plant
Shah et al. Systematic survey for role of reactive power compensating devices in power system

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200127