RU2187873C1

RU2187873C1 - Reactive power corrector

Info

Publication number: RU2187873C1
Application number: RU2001110245A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Шадский; В.С. Сальников; С.В. Котенев; Д.С. Белов; И.А. Мамонтов
Original assignee: Тульский государственный университет
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2002-08-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; converter engineering. SUBSTANCE: reactive power corrector designed for correcting reactive power and regulating active power, as well as for raising power characteristics, reducing power distortions, and regulating input power taken off each phase lead of supply mains has three-phase potential transformer, burden, three single-phase current transformers, three single-phase voltage sensors, three-phase bridge rectifier, three first comparison gates, capacitive filter, adjustable-gain amplifiers, second comparison gates, load voltage selector, correcting voltage adjustment selector, and three identical control units. Each control unit has single-phase rectifier, two singlephase controlled rectifiers with control systems, two intermediate capacitors with voltage sensors, two single-phase inverters with control systems, clocked flip-flop, relay-type two-position hysteresisloop regulator, and differentiating circuit. EFFECT: improved power characteristics, enhanced speed, enlarged control range. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может использоваться для компенсации реактивной и регулирования активной мощностей, а также для улучшения качества электроэнергии. The invention relates to electrical engineering, in particular to converter technology, and can be used to compensate for reactive and control active power, as well as to improve the quality of electricity.

Известно устройство трехфазного компенсатора реактивной мощности, содержащее датчик реактивной мощности, датчик отклонения напряжения на нагрузке, три однофазных измерительных трансформатора тока, трехфазный вольтодобавочный трансформатор, трехфазный реверсивный выпрямитель, два трехфазных инвертора с общим для них фильтром и системами управления (Патент РФ 2154333, МПК ⁶ H 02 J 3/18, G 05 F 1/70, опубл. 10.08.2000)
К недостаткам устройства следует отнести относительно невысокое быстродействие, обусловленное применением мощных силовых вольтодобавочных трансформаторов и датчиков мощности, а также сложность настройки и эксплуатации, связанную с применением двухпараметрического управления. Кроме этого, данное устройство характеризуется большим значением мощности искажений, которое определяется коэффициентом трансформации вольтодобавочного трансформатора и относительно невысокой частотой выходного напряжения инверторов.A device is known for a three-phase reactive power compensator, comprising a reactive power sensor, a load voltage deviation sensor, three single-phase current measuring transformers, a three-phase boost transformer, a three-phase reverse rectifier, two three-phase inverters with a filter and control systems common to them (RF Patent 2154333, IPC ⁶ H 02 J 3/18, G 05 F 1/70, publ. 10.08.2000)
The disadvantages of the device include a relatively low speed due to the use of powerful power boost transformers and power sensors, as well as the difficulty of setting up and operation associated with the use of two-parameter control. In addition, this device is characterized by a large value of distortion power, which is determined by the transformation coefficient of the boost booster transformer and the relatively low frequency of the output voltage of the inverters.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является трехфазный компенсатор реактивной мощности, содержащий три однофазных датчика реактивного тока, три однофазных датчика напряжения, три однофазных измерительных трансформатора тока, трехфазный измерительный трансформатор напряжения, трехфазный вольтодобавочный трансформатор, трехфазный выпрямитель, три однофазных инвертора с синхронизированными с сетью системами управления, которые подключены к соответствующим датчикам реактивного тока и через элементы сравнения к соответствующим датчикам напряжения (Патент РФ 2027278, МПК⁶ H 02 J 3/18, опубл. 20.01.95).The closest to the claimed device in technical essence is a three-phase reactive power compensator, containing three single-phase reactive current sensors, three single-phase voltage sensors, three single-phase current measuring transformers, three-phase voltage measuring transformer, three-phase voltage boost transformer, three-phase rectifier, three single-phase inverters with synchronized with network control systems that are connected to the corresponding reactive current sensors and through elements with equalities to the respective voltage sensors (RF Patent 2027278, IPC ⁶ H 02 J 3/18, publ. 20.01.95).

Недостатками устройства являются его низкие КПД и инерционность, недостаточная глубина компенсации реактивной мощности, обусловленные возможностями вольтодобавочного трансформатора, относительно высокий уровень высокочастотных составляющих в спектре фазного напряжения, сложность практической организации двухпараметрического управления по напряжению и реактивному току путем изменения скважности и фазы напряжения однофазных инверторов. The disadvantages of the device are its low efficiency and inertia, insufficient depth of reactive power compensation, due to the capabilities of the boost transformer, the relatively high level of high-frequency components in the phase voltage spectrum, the complexity of the practical organization of two-parameter control by voltage and reactive current by changing the duty cycle and voltage phase of single-phase inverters.

Задачей изобретения является повышение качества электроэнергии и расширение диапазона регулирования за счет увеличения быстродействия, уменьшения мощности искажений и регулирования потребляемой мощности по фазам сети. The objective of the invention is to improve the quality of electricity and expand the regulation range by increasing speed, reducing distortion power and regulating power consumption in phases of the network.

Поставленная задача достигается тем, что в трехфазный компенсатор реактивной мощности, содержащий трехфазный измерительный трансформатор напряжения, нагрузку, три однофазных измерительных трансформатора тока, три однофазных датчика напряжения, трехфазный выпрямитель, три однофазных инвертора с системами управления, три элемента сравнения, введены три идентичных блока регулирования, выходы которых включены в сеть между первичными обмотками соответствующих трансформаторов тока и нагрузкой, их силовые входы соединены с емкостным фильтром, установленным на выходе трехфазного мостового выпрямителя, входы которого подключены к точкам соединения первичных обмоток трансформаторов тока и выходов соответствующих блоков регулирования, их входы управления через первые элементы сравнения и усилители с регулируемым коэффициентом усиления, подключены к соответствующим фазам вторичных обмоток трехфазного измерительного трансформатора напряжения, а входы задания коэффициента усиления усилителей с регулируемым коэффициентом усиления через соответствующие вторые элементы сравнения соединены с датчиками и задатчиком напряжения на нагрузке, другие входы первых элементов сравнения соединены со вторичными обмотками соответствующих однофазных измерительных трансформаторов тока, соединенных в звезду, вход настройки блока регулирования подключен к задатчику настройки компенсирующего напряжения, а первичные обмотки трехфазного измерительного трансформатора напряжения подключены ко входу сети, выход каждого блока регулирования представляет собой диагональ переменного тока однофазного выпрямителя, к диагонали постоянного тока которого подключены выходами плюсом к минусу параллельно два управляемых однофазных выпрямителя с системами управления, ко входам управляемых однофазных выпрямителей подключены соответствующие промежуточные конденсаторы с датчиками напряжения на них и выходы однофазных инверторов с системами управления, образуя таким образом по два плеча управления в каждом регуляторе, силовые входы однофазных инверторов соединенные параллельно представляют собой силовой вход блока регулирования, входы разрешения систем управления управляемым однофазным выпрямителем первого плеча и однофазным инвертором второго плеча соединены с прямым выходом тактирующего триггера, а входы разрешения систем управления управляемым однофазным выпрямителем второго плеча и однофазным инвертором первого плеча соединены соответственно с инверсным выходом тактирующего триггера, входы синхронизации систем управления однофазных инверторов и управляемых однофазных выпрямителей соединены с соответствующими датчиками напряжения на промежуточных конденсаторах, входы управления систем управления управляемыми однофазными выпрямителями подключены к выходу релейного двухпозиционного регулятора, имеющего гистерезис, к нему же через дифференцирующую цепочку присоединен счетный вход тактирующего триггера, вход релейного двухпозиционного регулятора представляет собой вход управления блока регулирования, входы управления систем управления однофазными инверторами соединены вместе и представляют собой вход настройки блока регулирования. The task is achieved in that a three-phase reactive power compensator containing a three-phase voltage measuring transformer, load, three single-phase current measuring transformers, three single-phase voltage sensors, three-phase rectifier, three single-phase inverters with control systems, three comparison elements, three identical control units are introduced the outputs of which are connected to the network between the primary windings of the respective current transformers and the load, their power inputs are connected to a capacitive fil a circuit installed at the output of a three-phase bridge rectifier, the inputs of which are connected to the connection points of the primary windings of current transformers and the outputs of the respective control units, their control inputs through the first comparison elements and amplifiers with adjustable gain are connected to the corresponding phases of the secondary windings of the three-phase voltage measuring transformer, and the inputs of the job gain amplifiers with adjustable gain through the corresponding second element Comparisons are connected to the sensors and the load voltage regulator, other inputs of the first comparison elements are connected to the secondary windings of the corresponding single-phase current measuring transformers connected to the star, the control unit's tuning input is connected to the compensation voltage adjusting device, and the primary windings of the three-phase voltage measuring transformer are connected to network input, the output of each control unit is a diagonal of an alternating current single-phase rectifier, to di two DC single-phase rectifiers with connected control outputs, plus two negative single-phase rectifiers with control systems connected to the inputs of controlled single-phase rectifiers, corresponding intermediate capacitors with voltage sensors and outputs of single-phase inverters with control systems, thus forming two control arms in each controller , the power inputs of single-phase inverters connected in parallel represent the power input of the control unit, the system enable inputs the controls of the controlled single-phase rectifier of the first shoulder and the single-phase inverter of the second shoulder are connected to the direct output of the timing trigger, and the inputs of the resolution of the control systems of the controlled single-phase rectifier of the second shoulder and the single-phase inverter of the first shoulder are connected respectively to the inverse output of the timing trigger, the synchronization inputs of the control systems of single-phase inverters and controlled single-phase rectifiers are connected to the corresponding voltage sensors on the intermediate capacitors, inputs the controls of the controlled single-phase rectifiers are connected to the output of the on-off relay controller with hysteresis, the counting input of the timing trigger is connected to it through a differentiating circuit, the input of the on-off relay controller is the control unit control input, the control inputs of the single-phase inverters are connected together and are control unit setting input.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема силовой части компенсатора реактивной мощности; на фиг.2-5 - временные диаграммы напряжений на основных элементах устройства; на фиг.6 и фиг.7 - структурные схемы систем управления управляемыми выпрямителями и однофазными инверторами соответственно, представленные на уровне известных функциональных элементов. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the power section of a reactive power compensator; figure 2-5 is a timing diagram of voltages on the main elements of the device; Fig.6 and Fig.7 are structural diagrams of control systems controlled by rectifiers and single-phase inverters, respectively, presented at the level of known functional elements.

В трехфазном компенсаторе реактивной мощности, ко входу трехфазной сети подключены первичные обмотки трехфазного измерительного трансформатора напряжения 1 и последовательно с нагрузкой 2 первичные обмотки трех однофазных измерительных трансформаторов тока 3, 4, 5, выходы трех идентичных блоков регулирования 15, 16, 17 включены между первичными обмотками соответствующих трансформаторов тока 3, 4, 5 и нагрузкой 2, их силовые входы блоков регулирования 15, 16, 17 соединены с емкостным фильтром 18, установленным на выходе трехфазного мостового выпрямителя 9, входы которого подключены к точкам соединения первичных обмоток трансформаторов тока 3, 4, 5 и выходов соответствующих блоков регулирования 15, 16, 17, их входы управления через первые элементы сравнения 19, 20, 21 и усилители 22, 23, 24 с регулируемым коэффициентом усиления подключены к соответствующим фазам вторичных обмоток трехфазного измерительного трансформатора напряжения 1, а входы задания коэффициента усиления усилителей 22, 23, 24 с регулируемым коэффициентом усиления через соответствующие вторые элементы сравнения 12, 13, 14 соединены с датчиками напряжения 6, 7, 8 и задатчиком напряжения 25 на нагрузке 2, другие входы первых элементов сравнения 19, 20, 21 соединены со вторичными обмотками соответствующих однофазных измерительных трансформаторов тока 3, 4, 5, соединенных в звезду, входы настройки блоков регулирования 15, 16, 17 подключены к задатчику настройки компенсирующего напряжения 26, выход каждого блока регулирования 15, 16, 17 представляет собой диагональ переменного тока однофазного выпрямителя 27, к диагонали постоянного тока которого подключены выходами плюсом к минусу параллельно два однофазных управляемых выпрямителя 28, 29 с системами управления 30, 31, ко входам однофазных управляемых выпрямителей 28, 29 подключены соответствующие промежуточные конденсаторы 32, 33 с датчиками напряжения 34, 35 на них и выходы однофазных инверторов 11, 36 с системами управления 10, 37, образуя, таким образом, по два плеча управления в каждом регуляторе, силовые входы однофазных инверторов 11, 36 соединенные параллельно представляют собой силовой вход блока регулирования 17, входы разрешения системы управления 30 однофазным управляемым выпрямителем 28 первого плеча и системы управления 37 однофазными инверторами 36 второго плеча соединены с прямым выходом тактирующего триггера 38, а входы разрешения систем управления 31 однофазным управляемым выпрямителем 29 второго плеча и однофазным инвертором 10 первого плеча соединены соответственно с инверсным выходом тактирующего триггера 38, входы синхронизации систем управления 10, 37 однофазными инверторами 11, 36 и однофазными управляемыми выпрямителями 30, 31 соединены с соответствующими датчиками напряжения 34, 35 на промежуточных конденсаторах 32, 33, входы управления систем управления однофазными управляемыми выпрямителями 30, 31 подключены к выходу релейного двухпозиционного регулятора 39, имеющего гистерезис, к нему же через дифференцирующую цепочку 40 присоединен счетный вход тактирующего триггера 38, вход релейного двухпозиционного регулятора 39 образует вход управления блока регулирования 17, входы управления систем управления 10, 37 однофазными инверторами 11, 36 соединены вместе и образуют вход настройки блока регулирования 17. Соединенные вместе анод диода 41 и катод диода 42 образуют входы управления систем управления 30, 31 однофазных управляемых выпрямителей 28, 29. Противоположные концы диодов 41 и 42 соединены с входами формирователя импульсов 43 и инвертора - формирователя импульсов 44 соответственно. Соединенные вместе катод диода 45 и анод диода 46, образуют входы синхронизации систем управления 30, 31 однофазных управляемых выпрямителей 28, 29. Противоположные концы диодов 45 и 46 соединены с входами инвертора - формирователя импульсов 47 и формирователя импульсов 48 соответственно. Выход формирователя импульсов 43 соединен с одним из трех входов двух логических элементов И 49 и 51. Выход инвертора - формирователя импульсов 44 соединен с одним из трех входов двух логических элементов И 50 и 52. Выход инвертора - формирователя импульсов 47 соединен со вторыми входами двух логических элементов И 50 и 51. Выход формирователя импульсов 48 соединен со вторыми входами двух логических элементов И 49 и 52. Соединенные вместе третьи входы четырех логических элементов И 49, 50, 51, 52 образуют вход разрешения систем управления 30, 31. Выходы логических элементов И 49 и 50 соединены со входами двухвходового логического элемента ИЛИ 53, выход которого подключен ко входу выходного каскада 55. Два выхода выходного каскада 55 подключены к управляющим входам двух плеч однофазного управляемого выпрямителя 28. Выходы двух логических элементов И 51 и 52 соединены со входами двухвходового логического элемента ИЛИ 54, выход которого подключен ко входу выходного каскада 56. Два выхода выходного каскада 56 подключены к управляющим входам двух плеч однофазного управляемого выпрямителя 28. Системы управления 37 (38) однофазными инверторами 37 (38) включают в себя элемент 60 представляющую собой систему управления 30 (31) в виде совокупности элементов 41-56 с тремя входами (управления, синхронизации и разрешения) и четырьмя выходами. Четыре выхода элемента 60 подключен к управляющим входам двух плеч однофазных инверторов 37 (38). Вход разрешения элемента 60 соединен с прямым или инверсным выходом тактирующего триггера 38. Выход датчика 34, (35) напряжения на промежуточном конденсаторе 32, 33 соединен с соответствующим входом синхронизации элемента 60 и входом блока выделения модуля 57 выход которого соединен с входом элемента сравнения 58. Второй вход элемента сравнения 58 образует вход настройки компенсирующего напряжения блока регулирования 17 и соединен с задатчиком 26. Выход элемента сравнения 58 через усилитель 59, соединен со входом управления элемента 60. In a three-phase reactive power compensator, the primary windings of a three-phase voltage measuring transformer 1 are connected to the input of a three-phase network and, in series with load 2, the primary windings of three single-phase current measuring transformers 3, 4, 5, the outputs of three identical control units 15, 16, 17 are connected between the primary windings corresponding current transformers 3, 4, 5 and load 2, their power inputs of control units 15, 16, 17 are connected to a capacitive filter 18 installed at the output of a three-phase bridge rectifier Itel 9, the inputs of which are connected to the connection points of the primary windings of current transformers 3, 4, 5 and the outputs of the respective control units 15, 16, 17, their control inputs through the first comparison elements 19, 20, 21 and amplifiers 22, 23, 24 with adjustable the gain are connected to the corresponding phases of the secondary windings of the three-phase voltage measuring transformer 1, and the inputs for setting the gain of the amplifiers 22, 23, 24 with an adjustable gain through the corresponding second comparison elements 12, 13, 14 are connected to voltage sensors 6, 7, 8 and voltage regulator 25 at load 2, the other inputs of the first comparison elements 19, 20, 21 are connected to the secondary windings of the corresponding single-phase current measuring transformers 3, 4, 5 connected to the star, the tuning inputs of the control units 15, 16, 17 are connected to the adjuster of the compensation voltage 26, the output of each control unit 15, 16, 17 is the diagonal of the alternating current of a single-phase rectifier 27, to the diagonal of the direct current of which are connected by the outputs plus to minus parallel there are two single-phase controlled rectifiers 28, 29 with control systems 30, 31, the corresponding intermediate capacitors 32, 33 with voltage sensors 34, 35 to them and the outputs of single-phase inverters 11, 36 with control systems 10, are connected to the inputs of single-phase controlled rectifiers 28, 29, 37, thus forming two control arms in each regulator, the power inputs of single-phase inverters 11, 36 connected in parallel represent the power input of the control unit 17, the resolution inputs of the control system 30 are single-phase controlled rectifier The first arm arm 28 and the control systems 37 of the single-phase inverters 36 of the second arm are connected to the direct output of the timing trigger 38, and the resolution inputs of the control systems 31 of the single-phase controlled rectifier 29 of the second arm and the single-phase inverter 10 of the first arm are connected respectively to the inverse output of the timing trigger 38, synchronization inputs control systems 10, 37 single-phase inverters 11, 36 and single-phase controlled rectifiers 30, 31 are connected to the corresponding voltage sensors 34, 35 on the intermediate condensate ora 32, 33, the control inputs of the control systems of single-phase controlled rectifiers 30, 31 are connected to the output of the on-off relay controller 39, having a hysteresis, the counting input of the timing trigger 38 is connected to it through the differentiating circuit 40, the input of the on-off relay controller 39 forms the control input of the control unit 17, the control inputs of control systems 10, 37 by single-phase inverters 11, 36 are connected together and form the tuning input of the control unit 17. The anode of the diode 41 and the cathode of the diode 42 connected together Braz control systems control inputs 30, 31 of single-phase controlled rectifiers 28, 29. The opposite ends of the diodes 41 and 42 are connected to the inputs of the pulse shaper 43 and an inverter - the pulse shaper 44, respectively. Joined together the cathode of the diode 45 and the anode of the diode 46, form the synchronization inputs of the control systems 30, 31 of the single-phase controlled rectifiers 28, 29. The opposite ends of the diodes 45 and 46 are connected to the inputs of the inverter - pulse shaper 47 and pulse shaper 48, respectively. The output of the pulse shaper 43 is connected to one of the three inputs of the two logical elements And 49 and 51. The output of the inverter - the pulse shaper 44 is connected to one of the three inputs of the two logical elements And 50 and 52. The output of the inverter - the pulse shaper 47 is connected to the second inputs of the two logical elements And 50 and 51. The output of the pulse shaper 48 is connected to the second inputs of two logical elements And 49 and 52. Combined together the third inputs of the four logical elements And 49, 50, 51, 52 form the input of the resolution of the control systems 30, 31. The outputs of the logic their elements And 49 and 50 are connected to the inputs of the two-input logic element OR 53, the output of which is connected to the input of the output stage 55. Two outputs of the output stage 55 are connected to the control inputs of two arms of a single-phase controlled rectifier 28. The outputs of the two logical elements And 51 and 52 are connected to the inputs of the two-input logic element OR 54, the output of which is connected to the input of the output stage 56. Two outputs of the output stage 56 are connected to the control inputs of two arms of a single-phase controlled rectifier 28. Control systems I 37 (38) single-phase inverters 37 (38) include an element 60 representing a control system 30 (31) in the form of a set of elements 41-56 with three inputs (control, synchronization and resolution) and four outputs. The four outputs of element 60 are connected to the control inputs of two arms of single-phase inverters 37 (38). The resolution input of the element 60 is connected to the direct or inverse output of the timing trigger 38. The output of the voltage sensor 34, (35) at the intermediate capacitor 32, 33 is connected to the corresponding synchronization input of the element 60 and the input of the allocation unit of the module 57, the output of which is connected to the input of the comparison element 58. The second input of the comparison element 58 forms the input of the compensation voltage of the control unit 17 and is connected to the setter 26. The output of the comparison element 58 through the amplifier 59 is connected to the control input of the element 60.

На временной диаграмме фиг.2: U₁ - мгновенное значение напряжения сети, I₁, I₂ - мгновенные значения тока в нагрузке и его первой гармоники с компенсатором реактивной мощности, I₃ - мгновенные значения тока в нагрузке без компенсатора реактивной мощности; фиг.3: U_P1, U_P2 - напряжение соответственно на входе и выходе двухпозипионного релейного регулятора с зоной неоднозначности ±Δ;; фиг. 4: U_C1, U_C2 - мгновенные значения напряжений на промежуточных конденсаторах 32 и 33 соответственно, U_CH1, U_CH2 - значения настройки компенсирующего напряжения; фиг.5: U₂ - мгновенное значение напряжения на диагонали переменного тока однофазного выпрямителя 27.In the time diagram of figure 2: U ₁ - instantaneous voltage value of the network, I ₁ , I ₂ - instantaneous values of current in the load and its first harmonic with reactive power compensator, I ₃ - instantaneous values of current in the load without reactive power compensator; figure 3: U _P1 , U _P2 - voltage, respectively, at the input and output of the two-position relay controller with an ambiguity zone ± Δ ;; FIG. 4: U _C1 , U _C2 - instantaneous voltage values at the intermediate capacitors 32 and 33, respectively, U _CH1 , U _CH2 - setting values of the compensating voltage; 5: U ₂ is the instantaneous voltage value on the diagonal of the alternating current of a single-phase rectifier 27.

Компенсатор реактивной мощности работает следующим образом. Напряжение на нагрузке, например фазы С, формируется из напряжения сети U₁ и напряжения на выходе блока регулирования 17, т.е. на диагонали переменного тока однофазного выпрямителя 27 U₂. Последнее отслеживает с помощью датчика напряжения 8 на нагрузке 2 и измерительного трансформатора тока 5 отклонение формы тока, его фазы и амплитуды от желаемого в пределах зоны неоднозначности релейного двухзонного регулятора 39 (±Δ) и компенсирует его путем включения сначала однофазного управляемого выпрямителя 28 в режим выпрямления, а затем однофазного управляемого выпрямителя 29 в режим инвертирования или наоборот в зависимости от знака напряжения на промежуточных конденсаторах 32, 33 и фазы сетевого напряжения. Однофазные инверторы напряжения 11 и 36 обеспечивают пополнение или сброс энергии с промежуточных конденсаторов 32, 33 на емкостный фильтр 18, путем сравнения напряжения на них с напряжением задатчика настройки компенсирующего напряжения 26 и контролируемого их дозаряда или разряда. Исключая таким образом циркуляцию реактивной мощности в сети.The reactive power compensator operates as follows. The voltage at the load, for example phase C, is formed from the voltage of the network U ₁ and the voltage at the output of the control unit 17, i.e. on the diagonal of an alternating current single-phase rectifier 27 U ₂ . The latter monitors with the help of a voltage sensor 8 at load 2 and a measuring current transformer 5 the deviation of the current shape, its phase and amplitude from the desired two-zone relay controller 39 (± Δ) within the ambiguity zone and compensates for it by first switching on the single-phase controlled rectifier 28 in the rectification mode and then a single-phase controlled rectifier 29 into invert mode or vice versa depending on the sign of the voltage on the intermediate capacitors 32, 33 and the phase of the mains voltage. Single-phase voltage inverters 11 and 36 provide replenishment or discharge of energy from the intermediate capacitors 32, 33 to the capacitive filter 18, by comparing the voltage on them with the voltage of the adjustment knob of the compensating voltage 26 and controlled by their charge or discharge. Thus eliminating the circulation of reactive power in the network.

На основании сравнения на элементе сравнения 14 напряжений заданного задатчиком 25 и напряжения на нагрузке 2, поступающего с датчика напряжения 8 нагрузки 2, усилитель 24 с регулируемым коэффициентом усиления из напряжения вторичной обмотки фазы С трехфазного измерительного трансформатора напряжения 1 формирует требуемую форму тока в фазе С нагрузки 2. На первом элементе сравнения 21 формируется сигнал рассогласования между требуемым мгновенным значением тока и реальным его значением, поступающим с однофазного измерительного трансформатора тока 5, включенного в одноименную фазу. В соответствии со знаком и величиной рассогласования релейный двухпозиционный регулятор 39 блока регулирования 17 через системы управления 30, 31, синхронизированные с напряжением на промежуточных конденсаторах 32 и 33 соответственно задает режим работы однофазных управляемых выпрямителей 28 и 29. Выбор того или другого определяется состоянием тактирующего триггера 38. В единичном состоянии разрешена работа однофазного управляемого выпрямителя 28 и однофазного инвертора 36. Based on a comparison on a comparison element 14 of the voltage specified by the setpoint 25 and the voltage at the load 2 coming from the voltage sensor 8 of the load 2, the amplifier 24 with an adjustable gain from the voltage of the secondary winding of the phase C of the three-phase voltage measuring transformer 1 forms the required current shape in the phase C of the load 2. On the first comparison element 21, a mismatch signal is generated between the required instantaneous current value and its real value coming from a single-phase measuring transformer ra current 5 included in the same phase. In accordance with the sign and the size of the mismatch, the on-off relay controller 39 of the control unit 17 through the control systems 30, 31, synchronized with the voltage on the intermediate capacitors 32 and 33, respectively, sets the operation mode of the single-phase controlled rectifiers 28 and 29. The choice of one or the other is determined by the state of the timing trigger 38 . In a single state, the operation of a single-phase controlled rectifier 28 and a single-phase inverter 36 is allowed.

При положительном значении рассогласования токов на входе релейного двухпозиционного регулятора 39, U_P2>0, (t₀-t₁) однофазный выпрямитель 28 включается в режиме выпрямления, т.е. напряжение на его выходе U_C1 суммируется с фазным напряжением U₁. В этом случае промежуточный конденсатор 32, заряженный до напряжения настройки U_CH, включается в фазе с фазным напряжением и последовательно с нагрузкой 2. Это приводит к увеличению скорости возрастания тока I₁ и разряду промежуточного конденсатора 32 U_C1. В результате увеличения тока нагрузки 2 величина рассогласования токов уменьшается по модулю и изменяет свой знак U_P1. Параллельно с этим процессом через однофазный инвертор 36 под управлением системы управления 37, синхронизированной с напряжением на промежуточном конденсаторе 33, происходит восстановление напряжения на нем. При напряжении на нем, большем U_CH, энергия с него сбрасывается на емкостный фильтр 18, (при меньшем значении напряжения промежуточный конденсатор 33 дозаряжается до напряжения U_CH2).With a positive value of the mismatch of currents at the input of the on-off relay controller 39, U _P2 > 0, (t ₀ -t ₁ ), the single-phase rectifier 28 is turned on in the rectification mode, i.e. the voltage at its output U _{C1 is} summed with the phase voltage U ₁ . In this case, the intermediate capacitor 32, charged to the tuning voltage U _CH , is turned on in phase with the phase voltage and in series with the load 2. This leads to an increase in the rate of increase in current I ₁ and the discharge of the intermediate capacitor 32 U _C1 . As a result of an increase in the load current 2, the magnitude of the current mismatch decreases modulo and changes its sign U _P1 . In parallel with this process, through a single-phase inverter 36 under the control of the control system 37, synchronized with the voltage at the intermediate capacitor 33, voltage is restored on it. When the voltage on it is greater than U _CH , the energy from it is discharged to the capacitive filter 18, (with a lower voltage value, the intermediate capacitor 33 is recharged to a voltage U _CH2 ).

При достижении отрицательного значения рассогласования токов, большего половины зоны неоднозначности релейного двухпозиционного регулятора 39, он срабатывает U_P2<0. Фронт его выходного сигнала через дифференцирующую цепочку 40 переводит тактирующий триггер 38 в нулевое состояние, разрешая работу однофазного управляемого выпрямителя 29 и однофазного инвертора 11 и запрещая работу однофазного управляемого выпрямителя 28 и однофазного инвертора 36. В этом случае однофазный управляемый выпрямитель 29 включается в режиме инвертора. Напряжение U₂ на выходе блока регулирования 17 вычитается из фазного напряжения U₁ (t₁-t₂). Промежуточный конденсатор 33, заряженный до напряжения настройки U_CH2, включается в противофазе с фазным напряжением и последовательно с нагрузкой 2. Это приводит к уменьшению скорости возрастания тока и дозаряду промежуточного конденсатора 33. В результате относительного уменьшения тока нагрузки величина рассогласования токов уменьшается по модулю и изменяет свой знак.Upon reaching a negative value of the current mismatch, more than half of the ambiguity zone of the on-off relay controller 39, it trips U _P2 <0. The front of its output signal through the differentiating circuit 40 puts the timing trigger 38 to zero, allowing the operation of a single-phase controlled rectifier 29 and a single-phase inverter 11 and prohibiting the operation of a single-phase controlled rectifier 28 and a single-phase inverter 36. In this case, the single-phase controlled rectifier 29 is turned on in the inverter mode. The voltage U ₂ at the output of the control unit 17 is subtracted from the phase voltage U ₁ (t ₁ -t ₂ ). The intermediate capacitor 33, charged to the tuning voltage U _CH2 , is switched in antiphase with phase voltage and sequentially with load 2. This leads to a decrease in the rate of increase in current and additional charge of the intermediate capacitor 33. As a result of a relative decrease in the load current, the magnitude of the current mismatch decreases modulo and changes your sign.

Параллельно с этим процессом через однофазный инвертор 11 под управлением системы управления 10, синхронизированной с напряжением на промежуточном конденсаторе 32, происходит восстановление напряжения на нем. При напряжении на нем меньше U_CH1 конденсатор 32 дозаряжается до напряжения U_CH от емкостного фильтра 18 (при большем значении напряжения энергия с конденсатора 32 сбрасывается на емкостный фильтр 18).In parallel with this process, through a single-phase inverter 11 under the control of the control system 10, synchronized with the voltage on the intermediate capacitor 32, voltage is restored on it. When the voltage on it is less than U _{CH1, the} capacitor 32 is recharged to the voltage U _CH from the capacitive filter 18 (with a higher voltage value, the energy from the capacitor 32 is discharged to the capacitive filter 18).

При достижении положительного значения рассогласования токов, большего половины зоны неоднозначности (±Δ) релейного двухпозиционного регулятора 39, он срабатывает U_P2>0. Фронт его выходного сигнала через дифференцирующую цепочку 40 вновь переводит тактирующий триггер 38 в единичное состояние и процесс повторяется.Upon reaching a positive value of the current mismatch, more than half of the ambiguity zone (± Δ) of the on-off relay controller 39, it trips U _P2 > 0. The front of its output signal through the differentiating chain 40 again puts the clock trigger 38 in a single state and the process repeats.

Таким образом в нагрузке 2 формируется практически синусоидальная форма тока с нулевым фазовым сдвигом и заданной амплитудой. Величина искажений синусоиды во всем диапазоне изменения нагрузок не превышает величины зоны неоднозначности релейного двухпозиционного регулятора 39. Thus, a practically sinusoidal current shape with zero phase shift and a given amplitude is formed in load 2. The magnitude of the distortion of the sine wave in the entire range of load changes does not exceed the size of the ambiguity zone of the relay on-off controller 39.

Для увеличения эффективности работы компенсатора напряжение задатчика настройки компенсирующего напряжения U_CH целесообразно выбирать не больше напряжения, обеспечивающего устойчивую его работу (компенсатора) на наибольшей из практически используемых нагрузок, а емкость промежуточных конденсаторов целесообразно выбирать такой, чтобы во всем диапазоне изменения нагрузок процесс перезаряда носил колебательный характер.To increase the efficiency of the compensator, the voltage of the adjuster of the compensating voltage U _{CH is} advisable to choose no more than the voltage that ensures its stable operation (compensator) at the largest of the practically used loads, and it is advisable to choose the capacity of the intermediate capacitors so that the overcharge process is oscillatory over the entire range of load changes character.

Процесс компенсации реактивной мощности и регулирования мощности на нагрузке в двух других фазах соответственно контура 1-22-19-15-2-3-6-12-25 и 1-23-20-16-2-4-7-13-25 происходит аналогично. Такое регулирование автоматически приводит к симметрированию трехфазной системы выходного напряжения. The process of reactive power compensation and power regulation at the load in two other phases, respectively, circuits 1-22-19-15-2-3-6-12-25 and 1-23-20-16-2-4-7-13-13-25 happens the same way. Such regulation automatically leads to the balancing of the three-phase system of the output voltage.

На фиг. 6. в системе управления 30, (31) однофазным управляемым выпрямителем 28 (29) с помощью диодов 41, 42; формирователя импульсов 43 и инвертора - формирователя импульсов 44 осуществляется формирование импульсов, соответствующих положительному и отрицательному значению сигнала управления U_УПР, поступающего с выхода двухпозиционного релейного регулятора 39; с помощью диодов 45, 46; формирователя импульсов 48 и инвертора - формирователя импульсов 47 осуществляется формирование импульсов, соответствующих положительному и отрицательному значению напряжения синхронизации, поступающего с датчика 34 (35) напряжения на промежуточном конденсаторе 32 (33) U_C1 (U_C2); с помощью логической схемы, состоящей из четырех трехвходовых логических элементов И- 49, 50, 51, 52; двух двухвходовых логических элементов ИЛИ - 53, 54 и двух выходных каскадов 55, 56 осуществляется дешифрация входных сигналов: U_УПР, U_C, U_разр, поступающих соответственно с двухпозиционного релейного регулятора 39, с датчика напряжения 34 (35) на промежуточном конденсаторе 32 (33) и с тактирующего триггера 38 с целью определения момента включения и режима работы управляемых выпрямителей 28, (29).In FIG. 6. in the control system 30, (31) a single-phase controlled rectifier 28 (29) using diodes 41, 42; the pulse shaper 43 and the inverter - pulse shaper 44 the formation of pulses is carried out, corresponding to the positive and negative value of the control signal U _UPR coming from the output of the on-off relay controller 39; using diodes 45, 46; a pulse shaper 48 and an inverter - a pulse shaper 47, pulses are generated corresponding to the positive and negative values of the synchronization voltage supplied from the voltage sensor 34 (35) at the intermediate capacitor 32 (33) U _C1 (U _C2 ); using a logic circuit consisting of four three-input logic elements I-49, 50, 51, 52; two two-input logic gates OR - 53, 54 and two output stages 55, 56 decrypt the input signals: U _OPR , U _C , U _bit received respectively from the on-off relay controller 39, from the voltage sensor 34 (35) on the intermediate capacitor 32 ( 33) and from the timing trigger 38 in order to determine the moment of switching on and the operation mode of the controlled rectifiers 28, (29).

На фиг. 7. в системе управления 36 (37) однофазным инвертором 34 (35) с помощью блока выделения модуля 57, элемента сравнения 58 и усилителя 59; входные сигналы: U_CH, U_C, U_разр, поступающие соответственно с задатчика 26 настройки компенсирующего напряжения; с датчика 34 (35) напряжения на промежуточном конденсаторе 32 (33) и с тактирующего триггера 38 преобразуются в совокупность входных сигналов, позволяющей системе 60, аналогичной системе управления (41-56) однофазным управляемым выпрямителем 30 (31) определить моменты включения и режимы работы однофазных инверторов 11 (36).In FIG. 7. in the control system 36 (37) with a single-phase inverter 34 (35) using the allocation unit of the module 57, the comparison element 58 and the amplifier 59; input signals: U _CH , U _C , U _bit received respectively from the setpoint 26 adjusting the compensating voltage; from the sensor 34 (35), the voltages at the intermediate capacitor 32 (33) and from the timing trigger 38 are converted into a set of input signals, allowing the system 60, similar to the control system (41-56) with a single-phase controlled rectifier 30 (31), to determine the turning on times and operating modes single-phase inverters 11 (36).

Такое устройство обладает тем преимуществом, что при практически полной компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения на заданном уровне в каждой фазе обеспечивается симметрирование трехфазной системы напряжений на нагрузке в широких пределах ее изменения. Кроме того, применение двух промежуточных конденсаторов с высокочастотной коммутацией управляемых выпрямителей позволяет получить отклонение формы напряжения на нагрузке от синусоиды в пределах зоны неоднозначности релейных регуляторов. Благодаря этому существенно снижается мощность искажений и улучшается качество электроэнергии. Наконец возможность поднастройки начального напряжения на промежуточных конденсаторах в зависимости от нагрузки, небольшое значение их емкости, а также исключение мощного трехфазного трансформатора с большими потерями на высокой частоте инверторов позволяют уменьшить общие потери в устройстве и поднять его КПД. За счет применения параметрической настройки коэффициента усиления контура управления напряжением на нагрузке задача двухпараметрического управления, характерная для большинства компенсаторов реактивной мощности, сведена к однопараметрической. Последнюю отличает простота и надежность в реализации. Контроль мгновенного значения тока нагрузки вместо фазового сдвига или реактивной мощности позволяет существенно повысить быстродействие компенсатора. Such a device has the advantage that with almost complete compensation of reactive power and voltage stabilization at a given level in each phase, the three-phase system of stresses on the load is balanced in a wide range of its changes. In addition, the use of two intermediate capacitors with high-frequency switching controlled rectifiers allows you to get the deviation of the voltage shape from the sinusoid within the zone of ambiguity of the relay controllers. Due to this, the distortion power is significantly reduced and the quality of electricity is improved. Finally, the possibility of adjusting the initial voltage at the intermediate capacitors depending on the load, the small value of their capacitance, as well as the elimination of a powerful three-phase transformer with large losses at a high frequency of inverters, can reduce the overall losses in the device and increase its efficiency. Due to the use of parametric adjustment of the gain of the voltage control loop at the load, the two-parameter control problem, which is typical for most reactive power compensators, is reduced to a one-parameter one. The latter is distinguished by simplicity and reliability in implementation. Monitoring the instantaneous value of the load current instead of the phase shift or reactive power can significantly increase the speed of the compensator.

Использование предлагаемого компенсатора реактивной мощности по сравнению с известными позволяет осуществить полную компенсацию реактивной мощности нагрузки, симметрирование выходного напряжения независимо от характеристик сети и характера нагрузки в фазах, а также уменьшить мощность искажений и увеличить КПД устройства. Using the proposed reactive power compensator in comparison with the known ones allows full compensation of the load reactive power, balancing of the output voltage regardless of the characteristics of the network and the nature of the load in phases, as well as to reduce distortion power and increase the efficiency of the device.

Claims

Three-phase reactive power compensator containing a three-phase voltage measuring transformer, load, three single-phase current measuring transformers, with a single-phase voltage sensor, three-phase bridge rectifier, two single-phase inverters with control systems, three comparison elements, characterized in that three identical control units are introduced into it the outputs of which are connected to the network between the primary windings of the corresponding measuring current transformers and the load, their power inputs are connected to the capacitance a filter installed at the output of a three-phase bridge rectifier, the inputs of which are connected to the connection points of the primary windings of the measuring current transformers and the outputs of the respective control units, their control inputs are connected to the corresponding phases of the secondary windings of the three-phase voltage measuring transformer via the first comparison elements and amplifiers with adjustable gain , and the inputs of the job gain amplifiers with adjustable gain through the corresponding The second second comparison elements are connected to the sensors and voltage regulators at the load, the other inputs of the first comparison elements are connected to the secondary windings of the corresponding single-phase current measuring transformers connected to the star, the control unit settings input is connected to the compensation voltage adjustment unit, and the primary windings of the three-phase voltage measuring transformer connected to the network input, the output of each control unit is one diagonal of alternating current phase rectifier, to the diagonal of the DC of which two controlled single-phase rectifiers with control systems are connected by plus or minus outputs in parallel, the corresponding intermediate capacitors with voltage sensors and the outputs of single-phase inverters with control systems are connected to the inputs of controlled single-phase rectifiers, thus forming two arms control in each controller, the power inputs of single-phase inverters connected in parallel represent the power input of the control unit , the resolution inputs of control systems controlled by a single-phase rectifier of the first shoulder and a single-phase inverter of the second shoulder are connected to the direct output of the timing trigger, and the inputs of the resolution of control systems controlled by a single-phase rectifier of the second shoulder and a single-phase inverter of the first shoulder are connected respectively to the inverse output of the timing trigger, the synchronization inputs of single-phase control systems inverters and controlled single-phase rectifiers are connected to the corresponding voltage sensors on the intermediate x capacitors, the control inputs of the control systems controlled by single-phase rectifiers are connected to the output of the on-off relay controller having hysteresis, the counting input of the timing trigger is connected to it through a differentiating circuit, the input of the on-off relay controller is the control input of the control unit, the control inputs of the control systems of single-phase inverters are connected together and represent the input of the control unit regulation.