RU2117981C1 - Device for stabilization of transforming station voltage - Google Patents

Device for stabilization of transforming station voltage Download PDF

Info

Publication number
RU2117981C1
RU2117981C1 RU96107428A RU96107428A RU2117981C1 RU 2117981 C1 RU2117981 C1 RU 2117981C1 RU 96107428 A RU96107428 A RU 96107428A RU 96107428 A RU96107428 A RU 96107428A RU 2117981 C1 RU2117981 C1 RU 2117981C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
transformer
output
voltage
load
Prior art date
Application number
RU96107428A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96107428A (en
Inventor
В.С. Климаш
Original Assignee
Климаш Владимир Степанович
Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
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 Климаш Владимир Степанович, Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет filed Critical Климаш Владимир Степанович
Priority to RU96107428A priority Critical patent/RU2117981C1/en
Publication of RU96107428A publication Critical patent/RU96107428A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2117981C1 publication Critical patent/RU2117981C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has converter with direct current circuit and stepping-up transformer which secondary winding is connected to load through converter and which primary winding is connected in series to primary winding of master transformer. Device provides compensation of voltage deviation at output of station without phase shift of load voltage. EFFECT: simplified design, decreased weight and size, improved power characteristics. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетической электронике и может быть использовано для стабилизации напряжения на высокой стороне понижающей трансформаторной подстанции. The invention relates to power electronics and can be used to stabilize the voltage on the high side of a step-down transformer substation.

Известно устройство для стабилизации напряжения трансформаторной подстанции по авт.св. СССР N 1636832, которое взято за прототип. Оно содержит два вольтодобавочных трансформатора с последовательно соединенными первичными обмотками, включенными между входными и выходными зажимами, и два инвертора, подключенные своими выходными выводами к вторичным обмоткам соответственно первого и второго вольтодобавочных трансформаторов. Управление инверторами производится системой импульсно-фазового управления в функции напряжения на нагрузке. Входы инверторов объединены и через выпрямитель подключены к выходным зажимам стабилизатора. A device is known for stabilizing the voltage of a transformer substation according to ed. USSR N 1636832, which is taken as a prototype. It contains two booster transformers with primary windings connected in series between input and output terminals, and two inverters connected with their output terminals to the secondary windings of the first and second booster transformers, respectively. Inverters are controlled by a pulse-phase control system as a function of the voltage across the load. The inputs of the inverters are combined and connected through the rectifier to the output terminals of the stabilizer.

Устройство может быть включено как на высокой, так и на низкой стороне главного трансформатора понижающей подстанции. Однако включение его на высокой стороне усложняет выпрямитель, инверторы и узлы их защиты, а на низкой - не улучшает энергетические показатели главного трансформатора подстанции и требует большого расхода кабеля. Кроме этого, применение в устройстве двух вольтодобавочных трансформаторов увеличивает вес и габариты стабилизатора и усложняет его конструкцию. The device can be turned on both on the high and low side of the main transformer of the step-down substation. However, turning it on on the high side complicates the rectifier, inverters and their protection units, but on the low side it does not improve the energy performance of the main transformer of the substation and requires a large cable consumption. In addition, the use of two booster transformers in the device increases the weight and dimensions of the stabilizer and complicates its design.

Задачей изобретения является упрощение устройства и улучшение его массогабаритных и энергетических показателей без изменения качества выходного напряжения. The objective of the invention is to simplify the device and improve its overall dimensions and energy indicators without changing the quality of the output voltage.

В результате решения поставленной задачи улучшаются коэффициенты мощности и полезного действия главного трансформатора подстанции, облегчается и упрощается конструкция, т.к. вместо двух вольтодобавочных трансформаторов с увеличенной на 15 - 20% габаритной мощностью применяется один трансформатор общепромышленного исполнения. К дополнительному эффекту от применения устройства при реконструкции существующих подстанций следует отнести уменьшение расхода активных материалов токопроводов, необходимых для монтажных работ за счет включения обмоток вольтодобавочного трансформатора в цепи низких токов (для подстанции 1000 кВ•А с напряжениями 6/0,4 кВ расход кабеля, необходимого для установки стабилизатора, уменьшается примерно в 15 раз), что также можно отнести к упрощению конструкции и улучшению массогабаритных показателей. As a result of the solution of the task, the power and efficiency factors of the main transformer of the substation are improved, the design is simplified and simplified, because instead of two booster transformers with a 15–20% increase in overall power, one transformer of general industrial design is used. An additional effect of the use of the device during the reconstruction of existing substations should be the reduction in the consumption of active materials of current conductors necessary for installation due to the inclusion of windings of a boost booster transformer in a low current circuit (for a substation of 1000 kV • A with voltages of 6 / 0.4 kV cable consumption, necessary for the installation of the stabilizer is reduced by about 15 times), which can also be attributed to the simplification of the design and the improvement of overall dimensions.

Техническое решение поставленной задачи достигается за счет выполнения трехфазного выпрямителя с двухсторонним обменом энергии и введения индуктивно-емкостного фильтра, который включен между выходом трехфазного выпрямителя и объединенными входами инверторов, а также за счет того, что другие выводы первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора подключены к первичной обмотке главного трансформатора, а другие выводы вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора подключены к выходу второго трехфазного инвертора. The technical solution of this problem is achieved by performing a three-phase rectifier with two-way energy exchange and introducing an inductive-capacitive filter, which is connected between the output of the three-phase rectifier and the combined inputs of the inverters, as well as due to the fact that other terminals of the primary winding of the boost transformer are connected to the primary winding of the main transformer, and other terminals of the secondary winding of the boost transformer are connected to the output of the second three-phase inverter.

Повышение энергетических показателей главного трансформатора подстанции за счет снижения уровня стабилизируемого напряжения в режимах близких к холостому ходу подстанции достигнуто благодаря тому, что введено переключающее устройство, изменяющее величину сигнала задания, подаваемого на элемент сравнения, а также введен датчик тока нагрузки 6, выход которого подключен к управляющему входу переключающего устройства (см. п.2). Improving the energy performance of the main transformer of the substation by reducing the level of stabilized voltage in the modes close to the idle speed of the substation is achieved due to the fact that a switching device is introduced that changes the value of the reference signal supplied to the comparison element, and a load current sensor 6 is introduced, the output of which is connected to the control input of the switching device (see clause 2).

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 приведена блок-схема устройства, а на фиг. 2 - схема устройства с дополнительными элементами, изменяющими уровень стабилизируемого напряжения в функции тока нагрузки. The invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings, where in FIG. 1 is a block diagram of a device, and FIG. 2 is a diagram of a device with additional elements that change the level of stabilized voltage as a function of the load current.

Устройство (фиг. 1) подключается входными зажимами к сети 1, а выходными к нагрузке 2 и содержит трехфазный главный трансформатор 3 с первичной 4 и вторичной 5 обмотками, трехфазный вольтодобавочный трансформатор 6 с первичной 7 и вторичной 8 обмотками, полупроводниковый преобразователь 9, в состав которого входят два трехфазных инвертора 10 и 11 с системой управления 12, трехфазный выпрямитель 13 с системой управления 14, фильтр 15, а также датчик напряжения 16 и элемент сравнения 17. The device (Fig. 1) is connected by input terminals to the network 1, and output terminals to load 2 and contains a three-phase main transformer 3 with primary 4 and secondary 5 windings, a three-phase boost transformer 6 with primary 7 and secondary 8 windings, a semiconductor converter 9, which includes two three-phase inverters 10 and 11 with a control system 12, a three-phase rectifier 13 with a control system 14, a filter 15, as well as a voltage sensor 16 and a comparison element 17.

Элементы схемы (фиг. 1) соединены следующим образом. Elements of the circuit (Fig. 1) are connected as follows.

Первичная обмотка 4 главного трансформатора 3 через первичную обмотку 7 вольтодобавочного трансформатора 6 подключена к сети 1, а его вторичная обмотка 3 подключена к нагрузке 2, к которой также присоединен вход выпрямителя 13 и синхронизирующие входы системы 14 управления выпрямителем 13 и системы 12 управления инверторами 10 и 11. Вторичная обмотка 8 вольтодобавочного трансформатора 6 одними своими выводами подключена к выходу первого инвертора 10, а другими к выходу второго инвертора 11, входы которых объединены и через фильтр 15 подключены к выходу выпрямителя 13. При этом управляющий вход системы 12 управления инверторами через элемент сравнения 17 подключен к выходу датчика 16 напряжения нагрузки, а первый и второй выходы системы 12 с углами управляющих импульсов α и π-α соответственно подключены к первому 10 и второму 11 инверторам. The primary winding 4 of the main transformer 3 through the primary winding 7 of the boost transformer 6 is connected to the network 1, and its secondary winding 3 is connected to the load 2, which is also connected to the input of the rectifier 13 and the clock inputs of the control system 14 of the rectifier 13 and the control system 12 of the inverters 10 and 11. The secondary winding 8 of the boost transformer 6 with some of its outputs connected to the output of the first inverter 10, and others to the output of the second inverter 11, the inputs of which are combined and through the filter 15 are connected to the output the rectifier 13. In this case, the control input of the inverter control system 12 is connected to the output of the load voltage sensor 16 through the comparison element 17, and the first and second outputs of the system 12 with the angles of the control pulses α and π-α are respectively connected to the first 10 and second 11 inverters.

В представленной на фиг. 2 модификации устройства с дополнительным улучшением энергетических показателей главного трансформатора 3 производится снижение уровня напряжения на входе главного трансформатора 3 при работе подстанции в области глубоких снижений нагрузок. Это производится за счет того, что введен датчик 18 тока нагрузки в комплекте с измерительными трансформаторами тока и переключающее устройство 19 (например, двухступенчатое), выход которого подключен к вычитающему входу элемента сравнения 17, управляющий вход к выходу датчика 18 тока нагрузки, а выходы к сигналам задания уровней стабилизации напряжения нагрузки 2. In the embodiment of FIG. 2 modifications of the device with an additional improvement in the energy performance of the main transformer 3, the voltage level at the input of the main transformer 3 is reduced during operation of the substation in the field of deep reduction of loads. This is due to the fact that the load current sensor 18 is introduced complete with measuring current transformers and a switching device 19 (for example, two-stage), the output of which is connected to the subtracting input of the comparison element 17, the control input to the output of the load current sensor 18, and the outputs to signals for setting voltage stabilization levels of the load 2.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. The device (Fig. 1) works as follows.

Первый и второй трехфазные инверторы 10 и 11 преобразовывают выпрямленное стабилизированное напряжение U2 нагрузки 2 в регулируемые по фазе переменные фазные напряжения с векторами первых гармоник для одной из фаз соответственно
Uf1= U2ejα и Uf2= U2ej(π-α)= -U2e-jα.
Вследствие того что инверторы 10 и 11 подключены к вторичной обмотке 8 вольтодобавочного трансформатора 6 с обеих сторон, на его первичной обмотке 7 наводится увеличенная в коэффициент трансформации kвт раз разность напряжений Uf1 и Uf2 инверторов
Uд= kвт(Uf1-Uf2) = kвтU2(ejα+e-jα)
или, с учетом преобразований Эйлера,
Uд= 2kвтU2cosα.
Напряжение U1 на первичной обмотке 4 главного трансформатора 3 определяется суммой напряжений сети U1 и напряжения вольтодобавки Uд
U1= U1+Uд= U1+2kвдU2cosα.
Главный трансформатор 3, уменьшая свое входное напряжение U1 в kгт раз, формирует напряжение нагрузки
U2= U1/kгт= U1/kгт+2kвт/kгтU2cosα
или с учетом отклонения напряжения сети ± ΔU1 и падения напряжения на трансформаторах ΔUк
U2= (U1± ΔU1-ΔUк)/(kгт-2kвтcosα), (1)
где kгт, kвт - коэффициенты трансформации главного и вольтодобавочного трехфазных трансформаторов;
α - угол управления первым трехфазным инвертором.The first and second three-phase inverters 10 and 11 convert the rectified stabilized voltage U 2 of load 2 into phase-variable variable phase voltages with vectors of the first harmonics for one of the phases, respectively
U f1 = U 2 e jα and U f2 = U 2 e j (π-α) = -U 2 e -jα .
Due to the fact that the inverters 10 and 11 are connected to the secondary winding 8 of the boost transformer 6 on both sides, the voltage difference U f1 and U f2 of the inverters increased in the transformation coefficient k w is induced on its primary winding 7
U d = k W (U f1 -U f2 ) = k W U 2 (e jα + e -jα )
or, taking into account the Euler transforms,
U d = 2k W U 2 cosα.
The voltage U 1 on the primary winding 4 of the main transformer 3 is determined by the sum of the mains voltage U 1 and voltage boost U d
U 1 = U 1 + U d = U 1 + 2k vd U 2 cosα.
The main transformer 3, reducing its input voltage U 1 k gt times, generates a load voltage
U 2 = U 1 / k zm = U 1 / k zm + 2k Mo / k zm U 2 cosα
or taking into account the voltage deviation ± ΔU 1 and the voltage drop across the transformers ΔU to
U 2 = (U ± ΔU 1 -ΔU to 1) / (k zm -2k W cosα), (1)
where k gt , k w are the transformation ratios of the main and boost three-phase transformers;
α is the control angle of the first three-phase inverter.

Из выражения (1) видно, что при изменении угла управления α от 0 до π рад. устройство (фиг. 1) компенсирует как положительные, так и отрицательные отклонения напряжения сети U1, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения U2 на заданном, например, номинальном уровне.From the expression (1) it is seen that when the control angle α changes from 0 to π rad. the device (Fig. 1) compensates for both positive and negative deviations of the mains voltage U 1 , providing stabilization of the output voltage U 2 at a given, for example, nominal level.

Следует отметить, что изменение напряжения вольтодобавки в процессе стабилизации напряжения нагрузки производится без сдвига первой гармоники, а при арккосинусной зависимости между углом и сигналом управления - пропорционально отклонению напряжения в сети. It should be noted that the voltage boost in the process of stabilizing the load voltage is produced without a shift of the first harmonic, and in the case of an arccine dependence between the angle and the control signal, it is proportional to the voltage deviation in the network.

Устройство (фиг. 1) целесообразно применять в мощных электроустановках (порядка 10 МВ•А) с повышенными требованиями к быстродействию. Оно как более совершенное, обладающее улучшенными энергетическими и массогабаритными показателями, может заменить известные стабилизаторы трехфазного напряжения трансформаторных подстанций. The device (Fig. 1) it is advisable to use in powerful electrical installations (about 10 MV • A) with high performance requirements. It, as more perfect, with improved energy and weight and size indicators, can replace the well-known three-phase voltage stabilizers of transformer substations.

Claims (2)

1. Устройство для стабилизации напряжения трансформаторной подстанции, в состав которой входит главный трехфазный трансформатор с выводами вторичной обмотки, предназначенными для подключения нагрузки, содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, трехфазный выпрямитель с системой управления, вход которого подключен к нагрузке, и два трехфазных инвертора с общей для них системой управления, вход которой через элемент сравнения подключен к выходу датчика напряжения нагрузки, а первый и второй выходы подключены соответственно к первому и второму трехфазным инверторам, обеспечивая регулирование фазы выходного напряжения первого трехфазного инвертора на угол α, а второго - на угол π-α при изменении α от 0 до π рад, причем первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора одними своими выводами подключена к сети, а его вторичная обмотка одними своими выводами подключена к выходу первого трехфазного инвертора, отличающееся тем, что введен индуктивно-емкостный фильтр, который включен между выходом трехфазного выпрямителя и объединенными входами трехфазных инверторов, и трехфазный выпрямитель выполнен с двусторонним обменом энергии, другие выводы первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора подключены к выводам первичной обмотки главного трансформатора, а другие выводы вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора подключены к выходу второго трехфазного инвертора. 1. A device for stabilizing the voltage of a transformer substation, which includes a main three-phase transformer with terminals of the secondary winding intended for connecting the load, containing a three-phase boost transformer with primary and secondary windings, a three-phase rectifier with a control system, the input of which is connected to the load, and two three-phase inverters with a common control system for them, the input of which through the comparison element is connected to the output of the load voltage sensor, and the first and second the outputs are connected respectively to the first and second three-phase inverters, providing phase control of the output voltage of the first three-phase inverter by the angle α, and the second by the angle π-α when α changes from 0 to π rad, and the primary winding of the boost transformer is connected to the network with one of its conclusions and its secondary winding is connected with one of its outputs to the output of the first three-phase inverter, characterized in that an inductive-capacitive filter is introduced, which is connected between the output of the three-phase rectifier and the three-phase inverters have three-phase inverters, and the three-phase rectifier is made with two-way energy exchange, the other terminals of the primary winding of the boost transformer are connected to the terminals of the primary winding of the main transformer, and the other terminals of the secondary winding of the boost transformer are connected to the output of the second three-phase inverter. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введено переключающее устройство, изменяющее величину сигнала задания, подаваемого на элемент сравнения, а также введен датчик тока нагрузки, выход которого подключен к управляющему входу переключающего устройства. 2. The device according to claim 1, characterized in that a switching device is introduced that changes the value of the reference signal supplied to the comparison element, and a load current sensor is introduced, the output of which is connected to the control input of the switching device.
RU96107428A 1996-04-16 1996-04-16 Device for stabilization of transforming station voltage RU2117981C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96107428A RU2117981C1 (en) 1996-04-16 1996-04-16 Device for stabilization of transforming station voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96107428A RU2117981C1 (en) 1996-04-16 1996-04-16 Device for stabilization of transforming station voltage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96107428A RU96107428A (en) 1998-07-27
RU2117981C1 true RU2117981C1 (en) 1998-08-20

Family

ID=20179388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96107428A RU2117981C1 (en) 1996-04-16 1996-04-16 Device for stabilization of transforming station voltage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2117981C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557074C1 (en) * 2014-03-27 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Voltage stabiliser of transformer substations of enterprise with utilisation of energy loss
RU2717833C1 (en) * 2018-12-14 2020-03-26 Александр Сергеевич Лавренов Voltage regulation method in three-phase electric network
RU2776213C1 (en) * 2021-12-07 2022-07-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Method for regulation of sinusoidal voltage in high-voltage electric network

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557074C1 (en) * 2014-03-27 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Voltage stabiliser of transformer substations of enterprise with utilisation of energy loss
RU2717833C1 (en) * 2018-12-14 2020-03-26 Александр Сергеевич Лавренов Voltage regulation method in three-phase electric network
RU2776213C1 (en) * 2021-12-07 2022-07-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Method for regulation of sinusoidal voltage in high-voltage electric network

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2174295C (en) Voltage source type power converting apparatus
US6879062B2 (en) Electrical substation
JP2009507463A (en) Equipment for electrical energy transmission
JP2009507462A (en) Equipment for electrical energy transmission
US20150263636A1 (en) Distribution transformer
Park et al. Multi-level operation with two-level converters through a double-delta source connected transformer
Tiwary et al. Direct power control of dual active bridge bidirectional DC-DC converter
EP2945246B1 (en) Voltage adjusting apparatus
RU2117981C1 (en) Device for stabilization of transforming station voltage
Zmieva Modeling of an industrial enterprise power supply system using direct current
US5731971A (en) Apparatus for providing multiple, phase-shifted power outputs
EP3961847A1 (en) Power supply device
RU2013843C1 (en) Device for accident electric power supply of essential services
RU2056692C1 (en) Transformer-thyristor reactive-power corrector
RU2680245C1 (en) Spacecraft power supply system
SU584416A1 (en) Three-phase inverter for supplying zero-wire load
SU88434A1 (en) Stabilized Ion Frequency Converter
RU2027278C1 (en) Reactive power three-phase compensator
RU2680146C1 (en) Ac voltage regulator
SU1001062A1 (en) Inductive-capacitive converter of voltage source into current source
RU2052887C1 (en) Three-phase voltage stabilizer with single-phase high-frequency link
SU957386A1 (en) Current supply source for electromeasuring equipment
RU2027277C1 (en) Device for electric power supplying of underwater apparatus from board of vessel-carrier
SU855900A1 (en) Dc voltage-to-multistep ac voltage converter
SU1035725A1 (en) Reactive power static source /its versions/