RU2145141C1 - Automatic reactive-power control device - Google Patents
Automatic reactive-power control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145141C1 RU2145141C1 RU99101157A RU99101157A RU2145141C1 RU 2145141 C1 RU2145141 C1 RU 2145141C1 RU 99101157 A RU99101157 A RU 99101157A RU 99101157 A RU99101157 A RU 99101157A RU 2145141 C1 RU2145141 C1 RU 2145141C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- current
- power
- input
- voltage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности электроподвижного состава переменного тока с тиристорными преобразователями. The invention relates to electrical engineering and is intended to increase the power factor of consumers, in particular electric rolling stock of alternating current with thyristor converters.
Одним из недостатков эксплуатируемых в настоящее время электровозов переменного тока с плавным регулированием напряжения (ВЛ65, ВЛ85) является низкий коэффициент мощности, достигающий в лучшем случае 0,84. Коэффициент мощности является одним из основных энергетических показателей электровоза, определяющий потребление им непроизводительной реактивной мощности. Работа электровоза с низким значением коэффициента мощности приводит к существенным потерям электроэнергии. Для повышения коэффициента мощности применяют компенсирующие установки в виде LC-контуров, расположенные на электровозе и подключенные непосредственно к вторичной обмотке его тягового трансформатора. Компенсирующее устройство увеличивает коэффициент мощности путем создания емкостной нагрузки и смещения первичного тока электровоза в сторону опережения питающего напряжения. One of the drawbacks of currently operating AC electric locomotives with smooth voltage regulation (VL65, VL85) is the low power factor, which reaches 0.84 in the best case. Power factor is one of the main energy indicators of an electric locomotive, which determines its consumption of unproductive reactive power. The operation of an electric locomotive with a low power factor leads to significant losses of electricity. To increase the power factor, compensating installations are used in the form of LC circuits located on an electric locomotive and connected directly to the secondary winding of its traction transformer. The compensating device increases the power factor by creating a capacitive load and shifting the primary current of the electric locomotive in the direction of advancing the supply voltage.
Известно устройство для управления компенсированным выпрямительно-инверторным преобразователем электроподвижного состава [1], которое компенсирует реактивную мощность, потребляемую нагрузкой при синусоидальном и несинусоидальном питающем напряжении. Компенсация осуществляется за счет подключения к вторичной обмотке трансформатора электровоза индуктивно-емкостного LC-компенсатора с фиксированными параметрами индуктивности и емкости. При индуктивном характере нагрузки это вызывает появление емкостной составляющей тока, компенсирующей индуктивную составляющую. В этом случае фаза потребляемого тока приближается к питающему напряжению, способствуя повышению коэффициента мощности электровоза. A device for controlling a compensated rectifier-inverter converter of electric rolling stock [1], which compensates for the reactive power consumed by the load at a sinusoidal and non-sinusoidal supply voltage, is known. Compensation is carried out by connecting an inductively capacitive LC compensator with fixed inductance and capacitance parameters to the secondary winding of the transformer of the electric locomotive. With the inductive nature of the load, this causes the appearance of a capacitive current component that compensates for the inductive component. In this case, the phase of the consumed current approaches the supply voltage, helping to increase the power factor of the electric locomotive.
Устройство содержит трансформатор напряжения, нагрузку, LC-компенсатор, ключевой элемент, устройство формирования импульсов ключевого элемента, триггер запуска, элемент И, формирователь импульсов включения, датчик напряжения сети, блок защиты, командный блок. The device comprises a voltage transformer, a load, an LC compensator, a key element, a key element pulse shaping device, a start trigger, an AND element, an on-pulse shaper, a network voltage sensor, a protection unit, a command unit.
LC-компенсатор через ключевой элемент подключен параллельно нагрузке и вторичной обмотке трансформатора напряжения, первичная обмотка которого связана с сетью. Первый вход элемента И связан с выходом датчика напряжения сети, вход которого подключен к сети. Блок защиты соединен со вторым входом элемента И, выход которого связан с входом R триггера запуска. Входы формирователя импульсов включения связаны с конденсатором компенсатора и вторичной обмоткой трансформатора, а выход - с входом C триггера запуска, выход которого через устройство формирования импульсов ключевого элемента соединен с управляющим входом ключевого элемента, командный блок подключен к входу D триггера запуска. The LC-compensator through the key element is connected in parallel with the load and the secondary winding of the voltage transformer, the primary winding of which is connected to the network. The first input of the And element is connected to the output of the network voltage sensor, the input of which is connected to the network. The protection unit is connected to the second input of the AND element, the output of which is connected to the input R of the trigger. The inputs of the switching pulse shaper are connected to the compensator capacitor and the secondary winding of the transformer, and the output is connected to the trigger trigger input C, the output of which is connected to the control input of the key element through the pulse generator of the key element, and the command unit is connected to the trigger trigger input D.
Функция ключевого элемента состоит во включении и отключении компенсатора устройства. При этом ключевой элемент выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Включение тиристоров компенсатора осуществляется сигналом с выхода триггера запуска через устройство формирования импульсов ключевого элемента. При этом на разрешающий вход C триггера запуска поступает сигнал с выхода формирователя импульсов включения, который генерируется в моменты равенства напряжений на конденсаторе компенсатора и вторичной обмотки трансформатора напряжения. Сигнал на выходе триггера запуска формируется после подачи на его вход D сигнала командного блока. При этом появление напряжения на выходе триггера совпадает с ближайшим моментом равенства напряжений на конденсаторе и трансформаторе. The function of the key element is to enable and disable the device compensator. In this case, the key element is made in the form of two counter-parallel connected thyristors. The thyristors of the compensator are turned on by a signal from the output of the trigger trigger through the pulse forming device of the key element. At the same time, a signal from the output of the on-pulse shaper is received at the enable input C of the start trigger, which is generated when the voltage across the compensator capacitor and the secondary winding of the voltage transformer are equal. The signal at the output of the trigger trigger is formed after the signal D of the command unit is supplied to its input. In this case, the appearance of voltage at the output of the trigger coincides with the closest moment of equal voltage on the capacitor and transformer.
Закрытие тиристоров ключевого элемента происходит либо в случае превышения допускаемого напряжения в сети, либо при срабатывании защиты. Сигналы на отключение формируются соответственно датчиком напряжения сети и блоком защиты. При наличии хотя бы одного из этих сигналов на входе элемента И на его выходе появляется сигнал, подаваемый на вход R сброса триггера запуска. Этот сигнал приводит к формированию на выходе триггера сигнала на закрытие тиристоров ключевого элемента. The thyristors of the key element are closed either in case of exceeding the permissible voltage in the network, or when the protection is triggered. Shutdown signals are generated respectively by the network voltage sensor and the protection unit. If there is at least one of these signals at the input of the AND element, a signal appears at its output that is fed to the reset trigger reset input R. This signal leads to the formation at the trigger output of the signal to close the thyristors of the key element.
Таким образом, через ключевой элемент LC-компенсатор постоянно подключен к нагрузке, при этом основное назначение блоков управления сводится к предотвращению сверхтоков, возможных при подключении LC-компенсатора к напряжению вторичной обмотки трансформатора и обеспечения быстродействующей защиты. Защита преобразователя осуществляется путем снятия управляющих импульсов с тиристоров в случае возникновения опасных токов и напряжений. Thus, through the key element, the LC compensator is constantly connected to the load, while the main purpose of the control units is to prevent overcurrents that are possible when the LC compensator is connected to the voltage of the secondary winding of the transformer and to provide high-speed protection. The converter is protected by removing control pulses from the thyristors in the event of dangerous currents and voltages.
Испытания устройства компенсации на электровозе ВЛ85 [2] показали, что при мощности компенсатора 520 кВАр (1475 мкФ) среднее значение коэффициента мощности электровоза находится на уровне 0,92. При таком повышении коэффициента мощности электровоза обеспечивается почти двукратное сокращение потребления реактивной энергии на тягу поездов. Tests of the compensation device on the VL85 electric locomotive [2] showed that with a compensator power of 520 kVAr (1475 μF), the average value of the electric locomotive power factor is at the level of 0.92. With such an increase in the power factor of the electric locomotive, an almost twofold reduction in the consumption of reactive energy for train traction is ensured.
Таким образом, применение LC-компенсатора реактивной мощности позволяет значительно повысить коэффициент мощности электровоза и снизить потери электроэнергии за счет сокращения потребления реактивной мощности. Thus, the use of an LC reactive power compensator can significantly increase the power factor of an electric locomotive and reduce energy losses by reducing the consumption of reactive power.
Однако применение LC-компенсатора с постоянной величиной тока компенсации повышает коэффициент мощности электровоза лишь при определенных (номинальных) токах нагрузки. Отклонение нагрузки электровоза от номинальной вызывает неполную компенсацию реактивной мощности, что снижает эффективность применения устройства. However, the use of an LC compensator with a constant value of the compensation current increases the power factor of an electric locomotive only at certain (rated) load currents. The deviation of the load of the locomotive from the nominal causes incomplete compensation of reactive power, which reduces the efficiency of the device.
Кроме того, на величину тока компенсации в устройстве не влияют высшие гармонические составляющие тока и напряжения контактной сети. Известно, однако, что величины этих гармоник определяют фазовый сдвиг между питающим напряжением и потребляемым электровозом током. Поэтому эти величины необходимо учитывать при выборе величины тока компенсатора. In addition, the higher harmonic components of the current and voltage of the contact network are not affected by the compensation current in the device. It is known, however, that the magnitudes of these harmonics determine the phase shift between the supply voltage and the current consumed by the electric locomotive. Therefore, these values must be taken into account when choosing the value of the compensator current.
Известно также устройство для автоматического регулирования реактивной мощности [3] , которое позволяет изменять ток компенсатора за счет регулирования угла открытия тиристоров. При этом угол открытия тиристоров определяется фазовым углом сдвига между основными гармониками сетевого тока и напряжения. Ток компенсатора регулируется таким образом, чтобы обеспечить минимальный фазовый сдвиг между потребляемым током и сетевым напряжением. Это позволяет повысить коэффициент мощности электровоза при различных токах нагрузки. Also known is a device for automatically controlling reactive power [3], which allows you to change the compensator current by adjusting the opening angle of the thyristors. The opening angle of the thyristors is determined by the phase angle of the shift between the main harmonics of the mains current and voltage. The current of the compensator is regulated in such a way as to ensure a minimum phase shift between the consumed current and the mains voltage. This allows you to increase the power factor of the electric locomotive at various load currents.
Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности содержит нагрузку, источник реактивной мощности, датчик режима сети, блок синхронизирующих импульсов, блок управления и блок импульсно-фазового управления. В качестве нагрузки используется тиристорный преобразователь. Источник реактивной мощности состоит из последовательно соединенных индуктивности, емкости и двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Датчик режима сети включает в себя трансформатор напряжения и трансформатор тока. A device for automatically controlling reactive power comprises a load, a reactive power source, a network mode sensor, a synchronizing pulse unit, a control unit and a pulse-phase control unit. A thyristor converter is used as a load. The reactive power source consists of series-connected inductors, capacitance and two counter-parallel connected thyristors. The network mode sensor includes a voltage transformer and a current transformer.
Нагрузка подключена к питающей сети через трансформатор тока и параллельно источнику реактивной мощности. Трансформатор напряжения подключен параллельно питающей сети, его выход связан с входом блока синхронизирующих импульсов, выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока импульсно-фазового управления. Выход трансформатора тока связан со вторым входом блока управления. Выход блока управления подключен ко второму входу блока импульсно-фазового управления. Выход блока импульсно-фазового управления связан с тиристорами источника реактивной мощности. The load is connected to the mains via a current transformer and parallel to the reactive power source. The voltage transformer is connected in parallel with the supply network, its output is connected to the input of the block of synchronizing pulses, the output of which is connected to the first inputs of the control unit and the pulse-phase control unit. The output of the current transformer is connected to the second input of the control unit. The output of the control unit is connected to the second input of the pulse-phase control unit. The output of the pulse-phase control unit is connected to the thyristors of the reactive power source.
Компенсация реактивной мощности происходит за счет создания емкостной составляющей тока нагрузки, осуществляемой с помощью источника реактивной мощности. Величина этого тока определяется углом открытия тиристоров, входящих в источник реактивной мощности. Reactive power compensation occurs due to the creation of a capacitive component of the load current, carried out using a reactive power source. The magnitude of this current is determined by the opening angle of the thyristors included in the source of reactive power.
Измерение коэффициента мощности нагрузки осуществляется по величине фазового угла сдвига между током и напряжением питающей сети. Такой способ измерения реализован с помощью датчика реактивной мощности, блока управления и блока импульсно-фазового управления. На выходе блока управления формируется напряжение, пропорциональное коэффициенту мощности нагрузки. С помощью этого напряжения и импульсов напряжения синхронизации, поступающих на входы блока импульсно-фазового управления, происходит преобразование напряжении в фазу управления тиристорами источника реактивной мощности. Measurement of the load power factor is carried out by the magnitude of the phase angle of the shift between the current and the voltage of the supply network. This measurement method is implemented using a reactive power sensor, a control unit and a pulse-phase control unit. A voltage proportional to the load power factor is generated at the output of the control unit. Using this voltage and the pulses of the synchronization voltage supplied to the inputs of the pulse-phase control unit, the voltage is converted to the control phase of the thyristors of the reactive power source.
При уменьшении коэффициента мощности, вызванного появлением фазового угла сдвига между сетевым током и напряжением, устройство автоматически изменяет фазу открытия тиристоров. Изменение угла открытия тиристоров приводит к увеличению емкостной составляющей тока источника реактивной мощности, протекающего в противофазе с индуктивной составляющей тока, потребляемого нагрузкой. Это вызывает уменьшение фазового угла сдвига между питающим напряжением и результирующим током нагрузки, что приводит к повышению коэффициента мощности нагрузки. Так осуществляется компенсация реактивной мощности нагрузки во всех режимах работы электровоза. When the power factor decreases, caused by the appearance of a phase angle of shift between the mains current and voltage, the device automatically changes the opening phase of the thyristors. A change in the opening angle of the thyristors leads to an increase in the capacitive component of the current of the reactive power source, which flows in antiphase with the inductive component of the current consumed by the load. This causes a decrease in the phase angle of the shift between the supply voltage and the resulting load current, which leads to an increase in the load power factor. Thus, the reactive power of the load is compensated in all modes of operation of the electric locomotive.
Таким образом, известное устройство позволяет компенсировать реактивную мощность во всех режимах работы электровоза. Thus, the known device allows you to compensate for reactive power in all modes of operation of an electric locomotive.
Однако полная компенсация реактивной мощности в устройстве возможна лишь при синусоидальной форме питающего напряжения и тока. Это связано с тем, что при синусоидальной форме напряжения и тока коэффициент мощности определяется углом сдвига между этими величинами. При искаженной (несинусоидальной) форме питающего тока и напряжения, связанного с работой электровозов с импульсными преобразователями, коэффициент мощности определяется отношением активной и полной мощностей, потребляемых нагрузкой [4]. Поэтому способ измерения коэффициента мощности, принятый в устройстве, вызывает ошибку измерения при несинусоидальной форме тока и напряжения, так как активная и полная мощности зависят и от высших гармонических составляющих, связанных с искажениями формы напряжения и тока. В этой связи фазовый угол сдвига только между основными гармониками напряжения и тока не определяет коэффициент мощности нагрузки. Это приводит к неполной компенсации реактивной мощности и ухудшению энергетических показателей электровоза. However, full compensation of reactive power in the device is possible only with a sinusoidal form of the supply voltage and current. This is due to the fact that when the voltage and current are sinusoidal, the power factor is determined by the angle of shift between these values. With a distorted (non-sinusoidal) form of the supply current and voltage associated with the operation of electric locomotives with pulse converters, the power factor is determined by the ratio of the active and full powers consumed by the load [4]. Therefore, the method of measuring the power factor adopted in the device causes a measurement error with a non-sinusoidal form of current and voltage, since the active and apparent powers depend on higher harmonic components associated with distortions in the shape of voltage and current. In this regard, the phase shift angle only between the main harmonics of the voltage and current does not determine the power factor of the load. This leads to incomplete compensation of reactive power and the deterioration of the energy performance of an electric locomotive.
В основу изобретения положена задача создания устройства для автоматического регулирования реактивной мощности, которое позволяет компенсировать реактивную мощность при любой (синусоидальной и несинусоидальной) форме питающего напряжения и тока, а также в различных режимах работы электровоза. The basis of the invention is the creation of a device for automatic control of reactive power, which allows you to compensate for reactive power with any (sinusoidal and non-sinusoidal) form of supply voltage and current, as well as in various modes of operation of an electric locomotive.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для автоматического регулирования реактивной мощности, содержащеe нагрузку, в качестве которой используется тиристорный преобразователь, источник реактивной мощности, состоящий из последовательно соединенных индуктивности, емкости и двух встречно-параллельно включенных тиристоров, датчик режима сети, включающий в себя трансформатор напряжения и трансформатор тока, блок синхронизирующих импульсов, блок импульсно-фазового управления, при этом нагрузка подключена к питающей сети через датчик режима сети и параллельно источнику реактивной мощности, а первый выход датчика режима сети подключен к входу блока синхронизирующих импульсов, выход блока импульсно-фазового управления связан с тиристорами источника реактивной мощности, дополнительно введены два блока устройства выборки-хранения, последовательно соединенные перемножитель напряжения и интегратор, устройство вычисления максимальной величины мощности, делитель частоты и устройство экстремального регулирования, при этом входы устройств выборки-хранения подключены к первому и второму выходам датчика режима сети, а выходы - к первому и второму входам перемножителя напряжения, делитель частоты входом соединен с выходом блока синхронизирующих импульсов, а выходом - со вторым входом устройства вычисления максимальной величины мощности, выход которого через устройство экстремального регулирования связан с входом блока импульсно-фазового управления, первый вход устройства вычисления максимальной величины мощности соединен с выходом интегратора. The problem is solved in that in a device for automatic regulation of reactive power containing a load, which is used as a thyristor converter, a reactive power source consisting of inductors, capacitors and two in-parallel connected thyristors, a network mode sensor, which includes voltage transformer and current transformer, synchronizing pulse unit, pulse-phase control unit, while the load is connected to the mains supply h the network mode sensor and parallel to the reactive power source, and the first output of the network mode sensor is connected to the input of the synchronizing pulse unit, the output of the pulse-phase control unit is connected to the thyristors of the reactive power source, two blocks of the sampling-storage device are added, connected in series with the voltage multiplier and an integrator, a device for calculating the maximum power value, a frequency divider and an extreme regulation device, while the inputs of the sampling and storage devices are are connected to the first and second outputs of the network mode sensor, and the outputs are to the first and second inputs of the voltage multiplier, the frequency divider is connected to the output of the synchronizing pulse unit, and the output to the second input of the maximum power calculation device, the output of which is connected through the extreme control device with the input of the pulse-phase control unit, the first input of the device for calculating the maximum power value is connected to the output of the integrator.
Введение в устройство совокупности новых элементов (блоков устройства выборки-хранения, перемножителя напряжения, интегратора, устройства вычисления максимальной величины мощности, делителя частоты и устройства экстремального регулирования) и их взаимосвязи позволяет реализовать в нагрузке максимальную величину активной мощности. При этом потребление реактивной мощности сводится к минимуму. Introduction to the device of a totality of new elements (blocks of the sampling-storage device, voltage multiplier, integrator, device for calculating the maximum power value, frequency divider and extreme regulation device) and their relationship allows us to realize the maximum value of active power in the load. At the same time, the consumption of reactive power is minimized.
Это обусловлено тем, что устройство автоматически регулирует угол открытия тиристоров источника реактивной мощности, обеспечивая максимальное потребление активной мощности. При этом увеличивается коэффициент мощности Kм преобразователя, определяемый отношением активной P к полной S мощности, потребляемой нагрузкой. При таком подходе учитываются также высшие гармонические составляющие входного тока и напряжения. Отношение Kм = P/S также справедливо при синусоидальной форме тока и напряжения, в этом случае Kм можно определить и как косинус угла сдвига между током и напряжением.This is because the device automatically adjusts the opening angle of the thyristors of the reactive power source, ensuring maximum consumption of active power. In this case, the power factor K m of the converter increases, which is determined by the ratio of the active P to the total S power consumed by the load. With this approach, the higher harmonic components of the input current and voltage are also taken into account. The ratio K m = P / S is also valid for a sinusoidal form of current and voltage; in this case, K m can also be defined as the cosine of the shear angle between current and voltage.
Регулирование величины емкостного тока источника реактивной мощности позволяет компенсировать реактивную мощность при различной величине тока нагрузки. The regulation of the capacitive current of the reactive power source allows you to compensate for reactive power at different values of the load current.
Таким образом, устройство позволяет компенсировать реактивную мощность как при синусоидальной, так и при несинусоидальной форме тока и напряжения, а также при различных режимах работы электровоза. Thus, the device allows you to compensate for reactive power both in a sinusoidal and non-sinusoidal form of current and voltage, as well as in various modes of operation of an electric locomotive.
Входной информацией для устройства является интеграл потребляемой за период активной мощности, который определяется по формуле
P = ∫u•i•dt, (1)
где u, i - мгновенные значения питающего напряжения и потребляемого тока.The input information for the device is the integral of the active power consumed over a period, which is determined by the formula
P = ∫u • i • dt, (1)
where u, i are the instantaneous values of the supply voltage and current consumption.
При постоянном периоде T сетевого напряжения эта величина пропорциональна мощности, потребляемой нагрузкой за один период. На основании этой информации устройство экстремального регулирования регулирует выходное напряжение таким образом, чтобы фаза импульса управления тиристорами источника реактивной мощности, сформированная на выходе блока импульсно-фазового управления, приводила к увеличению потребляемой из сети активной составляющей тока. При этом емкостная составляющая источника реактивной мощности близка по величине и протекает в противофазе индуктивной составляющей тока нагрузки. За счет этого фаза потребляемого тока приближается к фазе питающего напряжения, что способствует повышению коэффициента мощности. With a constant period T of the mains voltage, this value is proportional to the power consumed by the load in one period. Based on this information, the extreme control device regulates the output voltage so that the phase of the thyristor control pulse of the reactive power source, formed at the output of the pulse-phase control unit, leads to an increase in the active current component consumed from the network. In this case, the capacitive component of the reactive power source is close in magnitude and flows in antiphase of the inductive component of the load current. Due to this, the phase of the consumed current approaches the phase of the supply voltage, which contributes to an increase in power factor.
Таким образом, регулирование емкостного тока источника реактивной мощности по величине активной мощности на входе преобразователя способствует максимальной компенсации индуктивной составляющей тока нагрузки и повышению коэффициента мощности. Thus, the regulation of the capacitive current of a reactive power source according to the value of the active power at the input of the converter contributes to the maximum compensation of the inductive component of the load current and increase the power factor.
На чертеже представлена схема устройства для автоматического регулирования реактивной мощности. The drawing shows a diagram of a device for automatic regulation of reactive power.
Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности содержит нагрузку 1, источник реактивной мощности 2, датчик режима сети 3, блок синхронизирующих импульсов 4, блок импульсно-фазового управления 5, два блока устройства выборки-хранения 6, 7, перемножитель напряжения 8, интегратор 9, устройство вычисления максимальной величины мощности 10, делитель частоты 11 и устройство экстремального регулирования 12. Источник реактивной мощности 2 состоит из последовательно соединенных индуктивности 13, емкости 14 и двух встречно-параллельно включенных тиристоров 15, 16. Датчик режима сети 3 включает в себя трансформатор напряжения 17 и трансформатор тока 18. A device for automatically controlling reactive power comprises a load 1, a reactive power source 2, a network mode sensor 3, a synchronizing pulse unit 4, a pulse-phase control unit 5, two blocks of a sampling-storage device 6, 7, a voltage multiplier 8, an integrator 9, a device calculating the maximum value of power 10, the frequency divider 11 and the extreme regulation device 12. The reactive power source 2 consists of inductors 13 connected in series, capacitance 14 and two in parallel switched thyristors 15, 16. The network mode sensor 3 includes a voltage transformer 17 and a current transformer 18.
Нагрузка 1 подключена к сети через трансформатор тока 18 и параллельно цепи из последовательно включенных индуктивности 13, емкости 14 и встречно-параллельно включенных тиристоров 15, 16. Трансформатор напряжения 17 подключен параллельно сети, а его выход соединен с входом устройства выборки-хранения 6 и входом блока синхронизирующих импульсов 4. Выход трансформатора тока 18 соединен с входом устройства выборки-хранения 7. Выходы устройств выборки-хранения 6, 7 подключены к входам перемножителя напряжения 8, выход которого через интегратор 9 соединен с первым входом устройства вычисления максимальной величины мощности 10. Выход блока синхронизирующих импульсов 4 через делитель частоты 11 связан со вторыми входами интегратора 9 и устройства вычисления максимальной величины мощности 10, выход которого через устройство экстремального регулирования 12 соединен с входом блока импульсно-фазового управления 5. Выход блока импульсно-фазового управления 5 подключен к тиристорам 15, 16 компенсатора реактивной мощности 2. The load 1 is connected to the network through a current transformer 18 and in parallel with a circuit of inductors 13 connected in series, capacitances 14 and thyristors 15, 16 connected in parallel, and a voltage transformer 17 is connected in parallel with the network, and its output is connected to the input of the sampling-storage device 6 and the input block of synchronizing pulses 4. The output of the current transformer 18 is connected to the input of the sampling-storage device 7. The outputs of the sampling-storage devices 6, 7 are connected to the inputs of the voltage multiplier 8, the output of which is connected via the integrator 9 nen with the first input of the device for calculating the maximum value of power 10. The output of the block of synchronizing pulses 4 through the frequency divider 11 is connected to the second inputs of the integrator 9 and the device for calculating the maximum value of power 10, the output of which through the extreme regulation device 12 is connected to the input of the pulse-phase control unit 5 The output of the pulse-phase control unit 5 is connected to the thyristors 15, 16 of the reactive power compensator 2.
В качестве устройства выборки-хранения использована микросхема КР1100СК2, перемножитель напряжения выполнен на базе микросхемы К525ПС1, устройство вычисления максимальной величины мощности выполнено по схеме, описанной в [5]. Блок синхронизирующих импульсов выполнен по патенту [6]. The KR1100SK2 microcircuit was used as a sampling-storage device, the voltage multiplier was made on the basis of the K525PS1 microcircuit, the device for calculating the maximum power value was made according to the scheme described in [5]. The block of synchronizing pulses is made according to the patent [6].
Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности работает следующим образом. A device for automatically controlling reactive power operates as follows.
На выходе трансформаторов напряжения 17 и тока 18 формируется напряжение, пропорциональное мгновенным значениям питающего напряжения u и потребляемого тока i. С помощью устройств выборки-хранения 6, 7 производится дискретизация напряжения и тока по уровню сигнала. В перемножителе напряжения 8 осуществляется умножение мгновенных величин напряжений, пропорциональных напряжению u и току i. На его выходе формируется сигнал, пропорциональный мгновенным значениям мощности u•i. В интеграторе 9 производится интегрирование сигнала, поступающего на его вход. Выходной сигнал интегратора определяется величиной ∫u•i•dt. Устройство вычисления максимальной величины мощности 10 предназначено для определения за период T интегральной величины активной мощности. Для этого на второй вход устройства вычисления максимальной величины мощности 10 подаются синхронизирующие импульсы, полученные с помощью блока синхронизирующих импульсов 4 и делителя частоты 11 из кривой сетевого напряжения. При этом синхронизирующие импульсы соответствуют периоду сетевого напряжения. В момент поступления синхроимпульсов фиксируется сигнал мощности на выходе устройства вычисления максимальной величины мощности 10 и обнуляется интегратор 9. Сигнал на выходе устройства вычисления максимальной величины мощности 10 остается неизменным до поступления следующего синхроимпульса на его вход. В устройстве экстремального регулирования 12 сравниваются два измерения сигнала мощности, соответствующие формуле (1), и на их основе формируется выходной управляющий сигнал. At the output of the voltage transformers 17 and current 18, a voltage is generated proportional to the instantaneous values of the supply voltage u and the current consumption i. Using sampling-storage devices 6, 7, the voltage and current are sampled by signal level. In the voltage multiplier 8 is the multiplication of instantaneous voltage values proportional to the voltage u and current i. A signal is generated at its output, which is proportional to the instantaneous values of power u • i. In the integrator 9 is the integration of the signal received at its input. The output signal of the integrator is determined by the value ∫u • i • dt. The device for calculating the maximum value of power 10 is designed to determine the period T of the integral value of the active power. To do this, to the second input of the device for calculating the maximum value of power 10 are supplied synchronizing pulses obtained using the block of synchronizing pulses 4 and the frequency divider 11 from the network voltage curve. In this case, the synchronizing pulses correspond to the period of the mains voltage. At the time of arrival of the clock pulses, the power signal is fixed at the output of the maximum power value calculation device 10 and the integrator 9 is reset. The signal at the output of the maximum power value calculation device 10 remains unchanged until the next clock pulse arrives at its input. In the extreme control device 12, two measurements of the power signal corresponding to formula (1) are compared, and an output control signal is generated on their basis.
Принцип действия устройства экстремального регулирования 12 заключается в следующем [7] . Eсли, например, увеличение выходного сигнала устройства экстремального регулирования 12 приводит к уменьшению входной активной мощности, то устройство экстремального регулирования производит уменьшение выходного напряжения. Дальнейшее уменьшение выходного сигнала будет осуществляться до состояния устройства, характеризующегося максимальной потребляемой активной мощностью. В дальнейшем устройство экстремального регулирования 12 поддерживает состояние устройства в этом положении. На основании выходного напряжения устройства экстремального регулирования 12 блок импульсно-фазового управления 5 формирует соответствующую величину фазы управления тиристорами 15, 16 источника реактивной мощности 2. The principle of operation of the extreme control device 12 is as follows [7]. If, for example, an increase in the output signal of the extreme control device 12 leads to a decrease in the input active power, then the extreme control device reduces the output voltage. A further decrease in the output signal will be carried out to the state of the device, characterized by the maximum consumed active power. Further, the extreme control device 12 maintains the state of the device in this position. Based on the output voltage of the extreme control device 12, the pulse-phase control unit 5 generates the corresponding value of the control phase of the thyristors 15, 16 of the reactive power source 2.
Таким образом, использовав принцип регулирования по величине активной входной мощности, можно максимально компенсировать реактивную мощность нагрузки при работе как с синусоидальной, так и с искаженной формой сетевого напряжения и тока. Thus, using the principle of regulation in terms of the value of the active input power, it is possible to compensate for the reactive power of the load when working with both a sinusoidal and a distorted form of mains voltage and current.
Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности прошло испытания в депо Белогорск Забайкальской железной дороги на электровозе ВЛ65. Эксплуатация устройства позволила увеличить коэффициент мощности электровоза на 0,1-0,15, что в свою очередь привело к снижению расхода электроэнергии на 9-11%. A device for automatic control of reactive power was tested at the Belogorsk depot of the Trans-Baikal Railway on an electric locomotive VL65. The operation of the device allowed to increase the power factor of the electric locomotive by 0.1-0.15, which in turn led to a decrease in electricity consumption by 9-11%.
Источники информации
1. А.c. 1468791. Устройство для управления компенсированным выпрямительно-инверторным преобразователем электроподвижного состава. Авторы изобретения В. А. Кучумов, В.А. Татарников, Н.Н. Широченко, З.Г. Бибинеишвили. - Опубл. в БИ N 12, 1989 г., кл. B 60 L 9/12.Sources of information
1. A.c. 1468791. Device for controlling a compensated rectifier-inverter converter of electric rolling stock. The inventors V. A. Kuchumov, V. A. Tatarnikov, N.N. Shirochenko, Z.G. Bibineishvili. - Publ. in BI N 12, 1989, cl. B 60 L 9/12.
2. Н.Н. Широченко, В.А. Татарников, З.Г. Бибинеишвили. Улучшение энергетики электровозов переменного тока. - Железнодорожный транспорт, 1988, N 7, c.33. 2. N.N. Shirochenko, V.A. Tatarnikov, Z.G. Bibineishvili. Improving the power of AC electric locomotives. - Railway transport, 1988, N 7, p.33.
3. А.c. 1674306. Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности. Авторы изобретения А. С. Копанев, Б.М. Наумов, И.К. Юрченко. - Опубл. в БИ N 32, 1991 г., кл. H 02 J 3/18. 3. A.c. 1674306. Device for automatic regulation of reactive power. The inventors A. S. Kopanev, B. M. Naumov, I.K. Yurchenko. - Publ. in BI N 32, 1991, cl. H 02 J 3/18.
4. Л. А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1984. 4. L. A. Bessonov. Theoretical foundations of electrical engineering. - M.: Higher School, 1984.
5. Е.А. Коломбет. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. - М.: Радио и связь, 1991. 5. E.A. Colombet. Microelectronic analog signal processing tools. - M .: Radio and communications, 1991.
6. Патент N 2118038. Формирователь синхронизирующих импульсов. Авторы Ю. М. Кулинич и В.В. Кравчук. 6. Patent N 2118038. Shaper of synchronizing pulses. Authors Yu. M. Kulinich and VV Kravchuk.
7. Л.А. Растригин. Системы экстремального управления. - М.: Наука, 1968. 7. L.A. Rastrigin. Extreme control systems. - M.: Science, 1968.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99101157A RU2145141C1 (en) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | Automatic reactive-power control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99101157A RU2145141C1 (en) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | Automatic reactive-power control device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2145141C1 true RU2145141C1 (en) | 2000-01-27 |
Family
ID=20214887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99101157A RU2145141C1 (en) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | Automatic reactive-power control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2145141C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467893C1 (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Electric rolling stock reactive power compensator |
-
1999
- 1999-01-25 RU RU99101157A patent/RU2145141C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467893C1 (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Electric rolling stock reactive power compensator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4672298A (en) | Power factor correction system | |
| JP2018191510A (en) | Serial conversion adjusting and modulating device | |
| JPH08503839A (en) | LOWLINE harmonic AC / DC power supply | |
| CA3021794C (en) | An electrical power supply system and process | |
| CN109638889A (en) | The DC side inertia that island bavin stores up mixed power supply system enhances control method | |
| CN102769389B (en) | Transformer-free series voltage quality regulator based on parasitic booster circuit and control method of regulator | |
| RU2467893C1 (en) | Electric rolling stock reactive power compensator | |
| RU2383984C1 (en) | Reactive power compensator | |
| RU2212086C2 (en) | Facility to compensate for reactive | |
| Butkevych et al. | A study of transitional modes of the electric network with the powerful electromechanical load and FACTS | |
| RU2310263C2 (en) | Reactive power correction device | |
| RU2145141C1 (en) | Automatic reactive-power control device | |
| RU2169978C2 (en) | Automatic reactive-power control device | |
| RU2506677C1 (en) | Device for compensation of reactive capacity | |
| RU2548206C1 (en) | Device for reactive power compensation of electric stock | |
| RU2187185C2 (en) | Reactive-power correction device | |
| CN103560679A (en) | Pulse-width modulation type high-power alternating current voltage stabilizer | |
| RU2232085C2 (en) | Reactive power automatic control device | |
| RU2668346C1 (en) | Device for compensation of reactive power of electric stock | |
| RU2181915C1 (en) | Saturable reactor power control device | |
| RU2479088C1 (en) | Filter-compensating device | |
| WO2019178642A1 (en) | An electrical power control apparatus and process | |
| RU2256994C1 (en) | Reactive power correcting device | |
| RU208118U1 (en) | Device for protecting the electrical network from the effects of hormonal components of the current | |
| RU2688882C1 (en) | Controlled shunt reactor-autotransformer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MZ4A | Patent is void |
Effective date: 20081230 |