RU2383984C1

RU2383984C1 - Reactive power compensator

Info

Publication number: RU2383984C1
Application number: RU2009104536/09A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Кулинич (RU); Юрий Михайлович Кулинич
Original assignee: Юрий Михайлович Кулинич
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-03-10

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: proposed reactive power compensator comprises load (1), reactive power source (2), circuit mode pickup (3), synch pulse unit (4), preset current calculator (5), subtractor (6), unit to control four-quadrant converter (7), four-quadrant converter (8), key control device (9), reactive power calculator (16), preset voltage calculator (17), second comparator (18), adjustable voltage source control unit (19), adjustable voltage source (20) and voltage transducer (21). Reactive power source (2) consists of inductor (10), capacitor (11) and key element, all connected in series. Said key element represents two thyristors (12, 13) connected in parallel opposition. Circuit mode pickup (3) comprises voltage transformer (14) and current transformer (15). Thyristor converter makes a load.

EFFECT: increased power factor in all operating conditions.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности, на электроподвижном составе переменного тока с тиристорными преобразователями.The invention relates to electrical engineering and is intended to increase the power factor of consumers, in particular, on electromotive composition of alternating current with thyristor converters.

В настоящее время на сети железных дорог переменного тока наибольшее распространение получили электровозы с зонно-фазным регулированием напряжения на тяговых двигателях. Одним из недостатков этих локомотивов 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.At present, electric locomotives with zone-phase voltage regulation on traction motors are most widely used on the AC railway network. One of the drawbacks of these locomotives is the low power factor, reaching 0.84 at best. 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.

При несинусоидальной форме напряжения и тока коэффициент мощности К_м электровоза определяется по формуле [Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Учебник. - 10-е изд. - М.: Гардарики, 2000]With a non-sinusoidal form of voltage and current, the power factor K _{m of an} electric locomotive is determined by the formula [L.A. Bessonov. Theoretical foundations of electrical engineering. Electrical circuits. Textbook. - 10th ed. - M.: Gardariki, 2000]

где φ - угол сдвига между входным током и питающим напряжением;where φ is the angle of shift between the input current and the supply voltage;

υ - коэффициент искажения тока.υ is the current distortion coefficient.

Последний коэффициент характеризует степень искажения входного тока электровоза и определяется отношением первой гармоники входного тока I₁ к его действующему значению I_вх Last coefficient characterizes the degree of distortion of the input electric current is determined and the first harmonic of the input current I ₁ to the ratio of its effective value I _Rin

При расчете по формуле (1) учитываются высшие гармонические составляющие, характерные для несинусоидальных токов. Это соотношение справедливо и для синусоидальных токов, поскольку при υ=1 выражение (1) принимает видWhen calculating by the formula (1), the higher harmonic components characteristic of non-sinusoidal currents are taken into account. This relation is also valid for sinusoidal currents, since when υ = 1, expression (1) takes the form

Таким образом, коэффициент мощности К_м характеризует степень потребления электровозом активной и соответственно реактивной мощности, т.е. увеличение К_м способствует повышению активной мощности и одновременному уменьшению реактивной.Thus, the power factor K _m characterizes the degree of consumption by an electric locomotive of active and, accordingly, reactive power, i.e. an increase in K _m contributes to an increase in active power and a simultaneous decrease in reactive power.

Для повышения коэффициента мощности за счет увеличения Cosφ 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 входного тока электровоза в сторону приближения к питающему напряжению.To increase the power factor by increasing Cosφ, compensating installations in the form of LC circuits are used, located on the 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 input current of the electric locomotive towards approaching the supply voltage.

Известно устройство для повышения коэффициента мощности [А.С. №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 №12, 1989 г., МКИ В60L 9/12], которое компенсирует реактивную мощность, потребляемую нагрузкой, 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 тока электровоза. В этом случае фаза φ входного (потребляемого) тока приближается к питающему напряжению, способствуя повышению коэффициента мощности электровоза за счет увеличения Cosφ.A device for increasing the power factor [A.S. No. 1468791. Device for controlling 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 No. 12, 1989, MKI B60L 9/12], which compensates for the reactive power consumed by the load by connecting an inductively capacitive LC compensator with fixed inductance and capacitance 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 component of the current, compensating for the inductive component of the current of the electric locomotive. In this case, the phase φ of the input (consumed) current approaches the supply voltage, helping to increase the power factor of the electric locomotive by increasing Cosφ.

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 и командный блок. При этом нагрузкой является выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) электровоза с подключенным к нему тяговым двигателем, ключевой элемент выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров.The device comprises a voltage transformer, a load, an LC compensator, a key element, a key element pulse shaping device, a trigger, an AND element, an on-pulse shaper, a network voltage sensor, a protection unit and a command unit. In this case, the load is a rectifier-inverter converter (VIP) of an electric locomotive with a traction motor connected to it, the key element is made in the form of two on-parallel connected thyristors.

LC-компенсатор через ключевой элемент подключен параллельно нагрузке и вторичной обмотке трансформатора напряжения, первичная обмотка которого связана 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 напряжения, а выход - с входом «С» триггера запуска, выход которого через устройство формирования импульсов ключевого элемента соединен с управляющим входом ключевого элемента, командный блок подключен к входу «D» триггера запуска и к третьему входу элемента И.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 by a 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 voltage 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, the command unit is connected to the trigger trigger input “D” and to the third input of element I.

Функция ключевого элемента состоит во включении и отключении LC-компенсатора устройства. Включение тиристоров ключевого элемента осуществляется сигналом с выхода триггера запуска через устройство формирования импульсов ключевого элемента. При этом на разрешающий вход «С» 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 вторичной обмотки трансформатора напряжения.The function of the key element is to turn on and off the LC compensator of the device. The inclusion of thyristors of the key element is carried out by the 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 of the command unit is supplied to its input “D”. In this case, the appearance of voltage at the output of the trigger coincides with the closest moment of equality of the voltage across the capacitor and the secondary winding of the voltage 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 сброса «R» триггера запуска. Этот сигнал приводит к формированию на выходе триггера запуска 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 at least one of these signals is present at the input of the And element, a signal appears at its output that is fed to the reset input “R” of the trigger. This signal leads to the formation at the output of the trigger trigger the signal to close the thyristors of the key element.

Таким образом, через ключевой элемент LC-компенсатор подключается к нагрузке, при этом основное назначение блоков управления сводится к предотвращению сверхтоков, возможных при подключении LC-компенсатора к вторичной обмотке трансформатора напряжения 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 connected to the load, while the main purpose of the control units is to prevent overcurrents that are possible when connecting the LC-compensator to the secondary winding of the voltage transformer and 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 [Н.Н.Широченко, В.А.Татарников, З.Г.Бибинеишвили. Улучшение энергетики электровозов переменного тока. - Железнодорожный транспорт, 1988, №7, с.33] показали, что при мощности компенсатора 520 кВАр (С=1475 мкФ) среднее значение коэффициента мощности электровоза находится на уровне 0,92. При таком повышении коэффициента мощности электровоза обеспечивается почти двукратное сокращение потребления реактивной мощности на тягу поездов.Tests of the compensation device on the VL85 electric locomotive [N.N. Shirochenko, V.A. Tatarnikov, Z.G. Bibineishvili. Improving the power of AC electric locomotives. - Railway transport, 1988, No. 7, p. 33] showed that with a compensator power of 520 kVAr (C = 1475 μF), the average value of the power factor of an electric locomotive 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 power 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-compensator for reactive power 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, синусоидальный по форме ток компенсатора не влияет на высшие гармонические составляющие входного тока электровоза и поэтому не обеспечивает их компенсацию. Из-за этого не происходит улучшение формы входного тока и связанного с этим повышение коэффициента искажения тока υ.In addition, the sinusoidal shape of the compensator current does not affect the higher harmonic components of the input current of the electric locomotive and therefore does not provide their compensation. Because of this, there is no improvement in the shape of the input current and the associated increase in the current distortion coefficient υ.

Таким образом, с помощью устройства компенсации происходит повышение коэффициента мощности электровоза лишь за счет повышения Cosφ в определенном диапазоне (близком к номинальным) токов нагрузки. При этом форма входного (потребляемого) тока электровоза остается несинусоидальной.Thus, using the compensation device, the power factor of the electric locomotive is increased only by increasing Cosφ in a certain range (close to nominal) of the load currents. The shape of the input (consumed) current of the electric locomotive remains non-sinusoidal.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство для компенсации реактивной мощности, основанное на компенсации реактивной мощности как за счет приближения фазы входного тока к питающему напряжению, так и за счет улучшения формы этого тока [А.С. №2187185. Устройство для компенсации реактивной мощности. Авторы изобретения Ю.М.Кулинич, В.В.Литовченко, А.Н.Савоськин. - Опубл. в БИ № 22, 2002 г., МКИ Н02J 3/18].The closest to the claimed solution for the combination of essential features and the achieved result is a device for reactive power compensation, based on reactive power compensation, both by approaching the phase of the input current to the supply voltage, and by improving the shape of this current [A.S. No. 2187185. Device for reactive power compensation. The inventors Yu.M. Kulinich, V.V.Litovchenko, A.N. Savoskin. - Publ. in BI No. 22, 2002, MKI Н02J 3/18].

Устройство для компенсации реактивной мощности содержит нагрузку, источник реактивной мощности, датчик режима сети, блок синхронизирующих импульсов, устройство вычисления заданного тока, вычитатель, блок управления четырехквадрантным преобразователем, четырехквадрантный преобразователь, источник постоянного напряжения и устройство управления ключевым элементом.A device for reactive power compensation contains a load, a reactive power source, a network mode sensor, a synchronizing pulse unit, a set current calculator, a subtracter, a quadrant converter control unit, a quadrant converter, a DC voltage source, and a key element control device.

Источник реактивной мощности состоит из последовательно соединенных индуктивности, емкости и двух встречно-параллельно соединенных тиристоров. Датчик режима сети включает в себя трансформатор напряжения и трансформатор тока.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 сети через трансформатор тока и параллельно цепи из последовательно включенных индуктивности, емкости и встречно-параллельно включенных тиристоров. Трансформатор напряжения подключен параллельно сети, а его выход связан с входом блока синхронизирующих импульсов и с первыми входами устройства вычисления заданного тока и устройства управления ключевым элементом. Выход трансформатора тока связан со вторым входом устройства вычисления заданного тока и первым входом вычитателя. Выход устройства вычисления заданного тока соединен со вторым входом вычитателя, выход которого связан с первым входом блока управления четырехквадрантного преобразователя, второй вход которого соединен с выходом блока синхронизирующих импульсов. Источник постоянного напряжения соединен с первым входом четырехквадрантного преобразователя, второй вход которого связан с выходом блока управления четырехквадрантного преобразователя. Выход четырехквадрантного преобразователя подключен параллельно нагрузке. Второй вход устройства управления ключевым элементом подключен параллельно конденсатору источника реактивной мощности, а его выход связан с тиристорами ключевого элемента.The load is connected to the network through a current transformer and in parallel to a circuit of inductors, capacitances and thyristors connected in parallel. The voltage transformer is connected in parallel with the network, and its output is connected to the input of the block of synchronizing pulses and to the first inputs of the set current calculator and the key element control device. The output of the current transformer is connected to the second input of the set current calculator and the first input of the subtractor. The output of the device for calculating the set current is connected to the second input of the subtractor, the output of which is connected to the first input of the control unit of the quadrant converter, the second input of which is connected to the output of the block of synchronizing pulses. A DC voltage source is connected to the first input of the quadrant converter, the second input of which is connected to the output of the control unit of the quadrant converter. The output of the four-quadrant converter is connected in parallel with the load. The second input of the key element control device is connected in parallel to the capacitor of the reactive power source, and its output is connected to the thyristors of the key element.

Устройство для компенсации реактивной мощности работает следующим образом. С помощью цепи из последовательно соединенных индуктивности и емкости происходит компенсация (в номинальном режиме) реактивной составляющей входного тока электровоза путем приближения его фазы φ к питающему напряжению и повышение коэффициента мощности за счет увеличения Cosφ. Уменьшение фазы φ осуществляется путем создания неуправляемой емкостной составляющей тока, протекающей через LC-цепь компенсатора, которая для частоты 50 Гц имеет емкостное сопротивление. При сложении емкостного тока компенсатора с индуктивным током нагрузки происходит смещение фазы φ входного тока и приближения ее к питающему напряжению. Уменьшение фазы φ приводит к повышению коэффициента мощности К_м за счет увеличения Cosφ. Тиристоры и устройство управления ключевым элементом предназначены для включения и выключения LC-компенсатора при равенстве напряжения на конденсаторе и напряжения сети, измеряемого на выходе трансформатора напряжения.A device for reactive power compensation works as follows. Using a circuit of inductance and capacitance connected in series, the reactive component of the input current of the electric locomotive is compensated (in nominal mode) by approximating its phase φ to the supply voltage and increasing the power factor by increasing Cosφ. Phase φ is reduced by creating an uncontrolled capacitive component of the current flowing through the LC circuit of the compensator, which has a capacitance for a frequency of 50 Hz. When the capacitive current of the compensator with the inductive load current is added, the phase φ of the input current is shifted and it approaches the supply voltage. A decrease in the phase φ leads to an increase in the power factor K _m due to an increase in Cosφ. Thyristors and a key element control device are designed to turn on and off the LC-compensator when the voltage across the capacitor is equal to the voltage of the network measured at the output of the voltage transformer.

С помощью четырехквадрантного преобразователя происходит компенсация высших гармонических составляющих входного тока электровоза и приближение его формы к синусоидальной. Благодаря этому повышается коэффициент мощности К_м за счет увеличения коэффициента искажения тока υ. Четырехквадрантный преобразователь обеспечивает формирование на своем выходе тока i_a, компенсирующего отклонение формы тока нагрузки i_н от желаемой синусоидальной формы i*=I_mSinωt, которой соответствует единичное значение коэффициента мощности. Для тока, генерируемого четырехквадрантным преобразователем, справедливо выражениеUsing a four-quadrant converter, the higher harmonic components of the input current of the electric locomotive are compensated and its shape approaches sinusoidal. Due to this, the power factor K _m increases due to an increase in the current distortion coefficient υ. The four-quadrant converter ensures the formation of a current i _a at its output, which compensates for the deviation of the shape of the load current i _n from the desired sinusoidal shape i * = I _m Sinωt, which corresponds to a single value of the power factor. For the current generated by the quadrant converter, the expression

Амплитудное значение I_m входного (потребляемого) тока электровоза определяется активной мощностью нагрузки Р_н, т.е. при полной компенсации реактивной мощности из сети потребляется синусоидальный ток с амплитудой I_m, совпадающий по фазе с питающим напряжением.The amplitude value I _{m of the} input (consumed) current of the electric locomotive is determined by the active load power P _n , i.e. when reactive power is completely compensated, a sinusoidal current with an amplitude of I _m , which coincides in phase with the supply voltage, is consumed from the network.

Устройство вычисления заданного тока формирует сигнал, пропорциональный желаемой форме i*=I_mSinωt кривой входного (потребляемого) тока синусоидальной формы, который определяется активной мощностью Р_н, потребляемой нагрузкой. Действующее значение этого тока I рассчитывается по формулеThe set current calculator generates a signal proportional to the desired shape i * = I _m Sinωt of the input (consumed) current curve of a sinusoidal shape, which is determined by the active power P _n consumed by the load. The effective value of this current I is calculated by the formula

Значения активной мощности Р_н и действующего значения питающего напряжения U рассчитываются по формуламThe values of the active power P _n and the current value of the supply voltage U are calculated by the formulas

где Т - период сетевого напряжения;where T is the period of the mains voltage;

u, i - мгновенные значения питающего напряжения и тока нагрузки.u, i - instantaneous values of the supply voltage and load current.

Значения питающего напряжения и тока нагрузки поступают на входы устройства вычисления заданного тока с выходов трансформаторов напряжения и тока. С помощью вычитателя происходит сравнение сигнала заданного тока i^* и тока нагрузки i_н. В соответствии с (5) разность этих сигналов определяет величину выходного тока, генерируемого четырехквадрантным преобразователем. Этот сигнал поступает в блок управления четырехквадрантным преобразователем, который осуществляет модуляцию импульсов управления четырехквадрантного преобразователя. Выходной ток четырехквадрантного преобразователя компенсирует отклонение тока нагрузки от заданной синусоидальной формы и повышает коэффициент мощности электровоза за счет увеличения коэффициента искажения тока υ. Для синхронной работы блока управления четырехквадрантного преобразователя с питающей сетью предназначен блок синхронизирующих импульсов. Выходной ток четырехквадрантного преобразователя формируется за счет энергии источника постоянного напряжения, которая должна быть равной реактивной мощности, потребляемой нагрузкой.The values of the supply voltage and load current are supplied to the inputs of the device for calculating the set current from the outputs of voltage and current transformers. Using the subtractor, the signal of the given current i ^* and the load current i _n are compared. In accordance with (5), the difference of these signals determines the value of the output current generated by the four-quadrant converter. This signal enters the control unit of the quadrant converter, which modulates the control pulses of the quadrant converter. The output current of the four-quadrant converter compensates for the deviation of the load current from the given sinusoidal shape and increases the power factor of the electric locomotive by increasing the current distortion coefficient υ. For synchronous operation of the control unit of a quadrant converter with a supply network, a block of synchronizing pulses is intended. The output current of the four-quadrant converter is generated due to the energy of a constant voltage source, which should be equal to the reactive power consumed by the load.

Достоинством известного устройства является компенсация реактивной мощности и повышение коэффициента мощности как за счет компенсации реактивной составляющей входного тока, так и за счет компенсации высших гармонических составляющих входного тока электровоза.The advantage of the known device is the compensation of reactive power and increasing the power factor both by compensating for the reactive component of the input current, and by compensating for the higher harmonic components of the input current of the electric locomotive.

Недостатком известного устройства является то, что повышение коэффициента мощности электровоза происходит при определенных (номинальных) токах нагрузки. Отклонение нагрузки от номинальной приводит к неполной компенсации реактивной мощности. Во-первых, это связано с тем, что применение LC-компенсатора с постоянной величиной тока компенсации при изменении тока нагрузки приводит к недокомпенсации, либо перекомпенсации реактивной составляющей входного тока. Неполная компенсация реактивной мощности снижает показатель коэффициента мощности и эффективность применения устройства. Во-вторых, применение в устройстве источника постоянного напряжения с фиксированным уровнем напряжения обеспечивает постоянную величину энергии этого источника, затрачиваемую на компенсацию реактивной мощности. При таких условиях полная компенсация высших гармонических составляющих тока возможна только при определенных (номинальных) токах нагрузки. Отклонение тока электровоза от номинального приводит к неполной компенсации высших гармонических составляющих входного тока. Это вызывает ухудшение формы входного тока и снижение коэффициента мощности из-за уменьшения значения коэффициента искажения тока υ.A disadvantage of the known device is that an increase in the power factor of an electric locomotive occurs at certain (rated) load currents. Deviation of the load from the nominal leads to incomplete compensation of reactive power. Firstly, this is due to the fact that the use of an LC compensator with a constant value of the compensation current when the load current changes leads to undercompensation or overcompensation of the reactive component of the input current. Incomplete reactive power compensation reduces the power factor and device efficiency. Secondly, the use of a constant voltage source with a fixed voltage level in the device provides a constant value of the energy of this source spent on reactive power compensation. Under such conditions, full compensation of the higher harmonic components of the current is possible only at certain (rated) load currents. Deviation of the current of the electric locomotive from the nominal leads to incomplete compensation of the higher harmonic components of the input current. This causes a deterioration in the shape of the input current and a decrease in power factor due to a decrease in the value of the current distortion coefficient υ.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства для компенсации реактивной мощности, в котором коэффициент мощности увеличивается за счет компенсации реактивной составляющей входного тока и компенсации высших гармонических составляющих входного тока электровоза в широком диапазоне токовых нагрузок, включая номинальный режим работы.The problem solved by the invention is to develop a device for reactive power compensation, in which the power factor is increased by compensating the reactive component of the input current and compensating the higher harmonic components of the input current of the electric locomotive in a wide range of current loads, including the nominal operating mode.

Для решения поставленной задачи в устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее нагрузку, в качестве которой использован тиристорный преобразователь, источник реактивной мощности, состоящий из последовательно соединенных индуктивности, емкости и ключевого элемента, выполненного в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров, датчик режима сети, включающий в себя трансформатор напряжения и трансформатор тока, блок синхронизирующих импульсов, устройство вычисления заданного тока, вычитатель, блок управления четырехквадрантным преобразователем, четырехквадрантный преобразователь и устройство управления ключевым элементом, при этом нагрузка подключена к сети через трансформатор тока и параллельно цепи из последовательно включенных индуктивности, емкости и встречно-параллельно включенных тиристоров, трансформатор напряжения подключен параллельно сети, а его выход связан с входом блока синхронизирующих импульсов и с первыми входами устройства вычисления заданного тока и устройства управления ключевым элементом, выход трансформатора тока связан со вторым входом устройства вычисления заданного тока и первым входом вычитателя, выход устройства вычисления заданного тока соединен со вторым входом вычитателя, выход которого связан с первым входом блока управления четырехквадрантного преобразователя, второй вход которого соединен с выходом блока синхронизирующих импульсов, выход блока управления четырехквадрантного преобразователя соединен с первым входом четырехквадрантного преобразователя, выход которого подключен параллельно нагрузке, второй вход устройства управления ключевым элементом подключен параллельно конденсатору источника реактивной мощности, а его выход связан с тиристорами ключевого элемента, в него дополнительно введены устройство вычисления реактивной мощности, устройство вычисления заданного напряжения, второй элемент сравнения, блок управления источника регулируемого напряжения, источник регулируемого напряжения и датчик напряжения, при этом входы устройства вычисления реактивной мощности соединены с выходами трансформаторов напряжения и тока, выход устройства вычисления реактивной мощности через устройство вычисления заданного напряжения связан с первым входом второго элемента сравнения, выход которого через последовательную цепь из блока управления источника регулируемого напряжения, источника регулируемого напряжения и датчика напряжения соединен со вторым входом четырехквадрантного преобразователя, выход датчика напряжения подключен к второму входу второго элемента сравнения.To solve this problem, in a device for reactive power compensation, containing a load, which is used as a thyristor converter, a reactive power source consisting of inductors connected in series, a capacitance and a key element made in the form of two counter-parallel connected thyristors, a network mode sensor, including voltage transformer and current transformer, synchronizing pulse unit, set current calculator, subtractor, even control unit a quadrant converter, a four-quadrant converter and a key element control device, while the load is connected to the network through a current transformer and in parallel to a circuit of inductors, capacitors and counter-parallel connected thyristors, the voltage transformer is connected in parallel to the network, and its output is connected to the input of the synchronizing unit pulses and with the first inputs of the set current calculator and the key element control device, the output of the current transformer with knitted with the second input of the set current calculator and the first input of the subtractor, the output of the set current calculator is connected to the second input of the subtractor, the output of which is connected to the first input of the control unit of the quadrant converter, the second input of which is connected to the output of the block of synchronizing pulses, the output of the control unit of the quadrant converter connected to the first input of the quadrant converter, the output of which is connected in parallel with the load, the second input of the control device The key element is connected in parallel with the capacitor of the reactive power source, and its output is connected to the thyristors of the key element, it additionally includes a reactive power calculation device, a set voltage calculation device, a second comparison element, an adjustable voltage source control unit, an adjustable voltage source and a voltage sensor, the inputs of the device for calculating reactive power are connected to the outputs of the voltage and current transformers, the output of the device for calculating active power through the set voltage calculator is connected to the first input of the second comparison element, the output of which is connected through the serial circuit from the control unit of the adjustable voltage source, adjustable voltage source and voltage sensor to the second input of the quadrant converter, the output of the voltage sensor is connected to the second input of the second comparison element .

Наличие существенных отличительных признаков в заявляемом решении (устройство вычисления реактивной мощности, устройство вычисления заданного напряжения, второй элемент сравнения, блок управления источника регулируемого напряжения, источник регулируемого напряжения и датчик напряжения) свидетельствуют о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».The presence of significant distinguishing features in the claimed solution (a device for calculating reactive power, a device for calculating a given voltage, a second comparison element, a control unit for an adjustable voltage source, an adjustable voltage source and a voltage sensor) indicate that the proposed solution meets the patentability criterion of "novelty".

Введение в устройство совокупности новых элементов: устройства вычисления реактивной мощности, устройства вычисления заданного напряжения, второго элемента сравнения, блока управления источника регулируемого напряжения, источника регулируемого напряжения и датчика напряжения и новые взаимосвязи элементов обеспечивают максимальное улучшение коэффициента мощности за счет компенсации реактивной составляющей входного тока и компенсации высших гармонических составляющих входного тока электровоза в широком диапазоне токовых нагрузок, включая номинальный режим работы.An introduction to the device of a totality of new elements: reactive power calculators, set voltage calculators, a second comparison element, an adjustable voltage source control unit, an adjustable voltage source and a voltage sensor and new interconnections of elements provide maximum power factor improvement by compensating the reactive component of the input current and compensation of the higher harmonic components of the input current of the electric locomotive in a wide range of current loads by including the nominal mode.

Это обусловлено приближением формы входного (потребляемого) тока электровоза к синусоидальной путем компенсации высших гармонических составляющих входного тока и повышение коэффициента мощности К_м за счет увеличения коэффициента искажения тока υ и при одновременной компенсации реактивной составляющей входного тока, приводящей также к увеличению коэффициента мощности К_м за счет увеличения Cosφ.This is due to the approximation of the shape of the input (consumed) current of the electric locomotive to a sinusoidal one by compensation of the higher harmonic components of the input current and an increase in the power factor K _m due to an increase in the current distortion coefficient υ and at the same time compensation of the reactive component of the input current, which also leads to an increase in the power factor K _m for expense increase Cosφ.

Одновременно наличие в устройстве четырехквадрантного преобразователя с источником регулируемого напряжения позволяет компенсировать реактивную мощность и увеличить коэффициент мощности К_м в отличных от номинальных режимах работы электровоза.At the same time, the presence of a four-quadrant converter in the device with an adjustable voltage source allows you to compensate for reactive power and increase the power factor K _m in different modes of operation of the electric locomotive.

Кроме того, введение устройства вычисления реактивной мощности, устройства вычисления заданного напряжения, второго элемента сравнения, блока управления источника регулируемого напряжения, источника регулируемого напряжения и датчика напряжения, и новые взаимосвязи элементов приводят к увеличению скорости движения электровоза. Такая причинно-следственная связь не известна из уровня техники. Следовательно, она является новой и заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».In addition, the introduction of a device for calculating reactive power, a device for calculating a given voltage, a second comparison element, a control unit for an adjustable voltage source, an adjustable voltage source and a voltage sensor, and new interconnections of the elements increase the speed of the electric locomotive. Such a causal relationship is not known from the prior art. Therefore, it is new and the claimed solution meets the patentability criterion of "inventive step".

На чертеже показана схема заявляемого устройства.The drawing shows a diagram of the inventive device.

Устройство для компенсации реактивной мощности содержит нагрузку 1, источник реактивной мощности 2, датчик режима сети 3, блок синхронизирующих импульсов 4, устройство вычисления заданного тока 5, вычитатель 6, блок управления четырехквадрантным преобразователем 7, четырехквадрантный преобразователь 8, устройство управления ключевым элементом 9, устройство вычисления реактивной мощности 16, устройство вычисления заданного напряжения 17, второй элемент сравнения 18, блок управления источника регулируемого напряжения 19, источник регулируемого напряжения 20 и датчик напряжения 21. Источник реактивной мощности 2 состоит из последовательно соединенных индуктивности 10, емкости 11 и ключевого элемента, выполненного в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров 12, 13. Датчик режима сети 3 включает в себя трансформатор напряжения 14 и трансформатор тока 15. В качестве нагрузки 1 использован тиристорный преобразователь.A device for reactive power compensation contains a load 1, a reactive power source 2, a network mode sensor 3, a synchronizing pulse unit 4, a set current calculation device 5, a subtractor 6, a quadrant converter control unit 7, a quadrant converter 8, a key element control device 9, a device calculating reactive power 16, a device for calculating a given voltage 17, a second comparison element 18, the control unit of the adjustable voltage source 19, the source is adjustable voltage 20 and voltage sensor 21. The reactive power source 2 consists of inductors 10 connected in series, capacitance 11 and a key element made in the form of two counter-parallel connected thyristors 12, 13. The network mode sensor 3 includes a voltage transformer 14 and a transformer current 15. As a load 1, a thyristor converter is used.

Нагрузка 1 подключена к сети через трансформатор тока 15 и параллельно цепи из последовательно включенных индуктивности 10, емкости 11 и встречно-параллельно включенных тиристоров 12, 13. Трансформатор напряжения 14 подключен параллельно сети, а его выход связан с входом блока синхронизирующих импульсов 4 и с первыми входами устройства вычисления заданного тока 5 и устройства управления ключевым элементом 9. Выход трансформатора тока 15 связан со вторым входом устройства вычисления заданного тока 5 и первым входом вычитателя 6, выход устройства вычисления заданного тока 5 соединен со вторым входом вычитателя 6. Выход вычитателя 6 связан с первым входом блока управления четырехквадрантного преобразователя 7, второй вход которого соединен с выходом блока синхронизирующих импульсов 4. Выход блока управления четырехквадрантного преобразователя 7 соединен с первым входом четырехквадрантного преобразователя 8, выход которого подключен параллельно нагрузке. Второй вход устройства управления ключевым элементом 9 подключен параллельно конденсатору 11 источника реактивной мощности 2, а его выход связан с тиристорами 12, 13 ключевого элемента. Входы устройства вычисления реактивной мощности 16 соединены с выходами трансформаторов напряжения 14 и тока 15. Выход устройства вычисления реактивной мощности 16 через устройство вычисления заданного напряжения 17 связан с первым входом второго элемента сравнения 18. Выход второго элемента сравнения 18 через последовательную цепь из блока управления источника регулируемого напряжения 19, источника регулируемого напряжения 20 и датчика напряжения 21 соединен со вторым входом четырехквадрантного преобразователя 8. Выход датчика напряжения 21 подключен к второму входу второго элемента сравнения 18.The load 1 is connected to the network through a current transformer 15 and in parallel with a circuit of inductors 10 connected in series, capacitances 11 and thyristors 12, 13 connected in parallel, and a voltage transformer 14 connected in parallel with the network, and its output is connected to the input of the block of synchronizing pulses 4 and to the first the inputs of the set current calculation device 5 and the key element control device 9. The output of the current transformer 15 is connected to the second input of the set current calculation device 5 and the first input of the subtractor 6, the device output calculating a given current 5 is connected to the second input of the subtractor 6. The output of the subtractor 6 is connected to the first input of the control unit of the quadrant converter 7, the second input of which is connected to the output of the block of synchronizing pulses 4. The output of the control unit of the quadrant converter 7 is connected to the first input of the quadrant converter 8, output which is connected in parallel with the load. The second input of the key element control device 9 is connected in parallel to the capacitor 11 of the reactive power source 2, and its output is connected to the thyristors 12, 13 of the key element. The inputs of the reactive power calculation device 16 are connected to the outputs of the voltage transformers 14 and current 15. The output of the reactive power calculation device 16 through the set voltage calculation device 17 is connected to the first input of the second comparison element 18. The output of the second comparison element 18 is connected through a serial circuit from the control unit of the adjustable source voltage 19, an adjustable voltage source 20 and a voltage sensor 21 is connected to the second input of the quadrant converter 8. The output of the voltage sensor 21 connected to the second input of the second comparison element 18.

Нагрузка 1 является штатным оборудованием электровоза и выполнена на базе силовых тиристоров типа ТЛ 830. Четырехквадрантный преобразователь 8 собран из силовых полностью управляемых IGBT-транзисторов. Блок синхронизирующих импульсов 4, элементы сравнения 6 и 18, а также устройство управления ключевым элементом 9 выполнены на базе операционных и логических элементов средней степени интеграции. Устройство вычисления заданного тока 5 и устройство вычисления реактивной мощности 16 реализованы на базе микропроцессора PIC 16F877.Load 1 is a standard equipment of an electric locomotive and is based on power thyristors of the type TL 830. The four-quadrant converter 8 is assembled from power fully controlled IGBT transistors. The block of synchronizing pulses 4, the comparison elements 6 and 18, as well as the control device of the key element 9 are made on the basis of operational and logical elements of medium integration. The set current calculator 5 and the reactive power calculator 16 are implemented based on the PIC 16F877 microprocessor.

Устройство для преобразования формы напряжения потребителя работает следующим образом.A device for converting consumer voltage waveforms operates as follows.

С помощью цепи из последовательно соединенных индуктивности 10 и емкости 11 происходит компенсация реактивной составляющей входного тока электровоза в номинальном режиме. Принцип работы LC-компенсатора основан на приближении фазы φ входного тока к питающему напряжению и повышении коэффициента мощности за счет увеличения Cosφ. Уменьшение фазы φ осуществляется путем создания неуправляемой емкостной составляющей тока, протекающей через LC-цепь компенсатора, которая для частоты 50 Гц имеет емкостное сопротивление. При сложении емкостного тока компенсатора с индуктивным током нагрузки происходит смещение фазы φ входного тока и приближения ее к питающему напряжению. Уменьшение фазы φ приводит к повышению коэффициента мощности К_м за счет увеличения Cosφ. При постоянной емкости 11 мощность LC-компенсатора остается неизменной, поэтому ее величину рассчитывают на работу в номинальном режиме работы электровоза. В отличных от номинальных режимах работы происходит неполная компенсация реактивной составляющей входного тока электровоза и снижение эффективности работы устройства. Тиристоры 12, 13 в устройстве управления ключевым элементом 2 предназначены для включения и выключения LC-компенсатора при равенстве напряжения на конденсаторе 11 и напряжения сети, измеряемого на выходе трансформатора напряжения 14.Using a circuit of inductors 10 and capacitance 11 connected in series, the reactive component of the input current of the electric locomotive is compensated in the nominal mode. The principle of operation of the LC compensator is based on the approximation of the phase φ of the input current to the supply voltage and an increase in the power factor due to an increase in Cosφ. Phase φ is reduced by creating an uncontrolled capacitive component of the current flowing through the LC circuit of the compensator, which has a capacitance for a frequency of 50 Hz. When the capacitive current of the compensator with the inductive load current is added, the phase φ of the input current is shifted and it approaches the supply voltage. A decrease in the phase φ leads to an increase in the power factor K _m due to an increase in Cosφ. With a constant capacity of 11, the power of the LC-compensator remains unchanged, so its value is calculated to work in the nominal operating mode of an electric locomotive. In different operating conditions, incomplete compensation of the reactive component of the input current of the electric locomotive and a decrease in the efficiency of the device occur. The thyristors 12, 13 in the control device of the key element 2 are designed to turn on and off the LC compensator when the voltage across the capacitor 11 is equal to the voltage of the network, measured at the output of the voltage transformer 14.

С помощью четырехквадрантного преобразователя 8 происходит компенсация высших гармонических составляющих входного тока электровоза и приближение его формы к синусоидальной. Благодаря этому повышается коэффициент мощности К_м за счет увеличения коэффициента искажения тока υ. Четырехквадрантный преобразователь 8 обеспечивает формирование на своем выходе тока i_a, компенсирующего отклонение формы тока нагрузки i_н от желаемой синусоидальной формы i^*=I_mSinωt, которой соответствует единичное значение коэффициента мощности.Using a four-quadrant converter 8, the higher harmonic components of the input current of the electric locomotive are compensated and its shape approaches the sinusoidal shape. Due to this, the power factor K _m increases due to an increase in the current distortion coefficient υ. The four-quadrant converter 8 provides the formation of a current i _a at its output, which compensates for the deviation of the shape of the load current i _n from the desired sinusoidal shape i ^* = I _m Sinωt, which corresponds to a unit value of the power factor.

Устройство вычисления заданного тока 5 формирует сигнал, пропорциональный желаемой форме i^*=I_mSinωt кривой входного (потребляемого) тока синусоидальной формы, который определяется активной мощностью Р_н, потребляемой нагрузкой 1.The set current calculating device 5 generates a signal proportional to the desired shape i ^* = I _m Sinωt of the input (consumed) current curve of a sinusoidal shape, which is determined by the active power P _n consumed by the load 1.

Значения питающего напряжения и тока нагрузки поступают на входы устройства вычисления заданного тока 5 с выходов трансформаторов напряжения 14 и тока 15. С помощью вычитателя 6 происходит сравнение сигнала заданного тока i^* и тока нагрузки i_н. Разность этих сигналов определяет величину выходного тока, генерируемого четырехквадрантным преобразователем 8. Этот сигнал поступает в блок управления четырехквадрантным преобразователем 7, который осуществляет модуляцию импульсов управления четырехквадрантного преобразователя 8. Выходной ток четырехквадрантного преобразователя 8 компенсирует отклонение тока нагрузки 1 от заданной синусоидальной формы и повышает коэффициент мощности электровоза за счет увеличения коэффициента искажения тока υ. Для синхронной работы блока управления четырехквадрантного преобразователя 7 с питающей сетью предназначен блок синхронизирующих импульсов 4.The values of the supply voltage and the load current are supplied to the inputs of the set current calculation device 5 from the outputs of the voltage transformers 14 and current 15. Using the subtractor 6, the signal of the set current i ^* and load current i _n are compared. The difference of these signals determines the value of the output current generated by the four-quadrant converter 8. This signal is transmitted to the control unit of the four-quadrant converter 7, which modulates the control pulses of the four-quadrant converter 8. The output current of the four-quadrant converter 8 compensates for the deviation of the load current 1 from the given sinusoidal shape and increases the power factor electric locomotive by increasing the current distortion coefficient υ. For synchronous operation of the control unit of the quadrant converter 7 with the mains supply, a block of synchronizing pulses 4 is intended.

Выходной ток четырехквадрантного преобразователя 8 формируется за счет энергии источника регулируемого напряжения 20, которая должна быть равна суммарной Q_Σ реактивной мощности высших гармонических составляющих входного тока и мощности реактивной составляющей входного тока, нескомпенсированной LC-компенсатором в отличных от номинального режимах работы электровоза. Для компенсации суммарной реактивной мощности Q_Σ напряжение U_ист на выходе источника регулируемого напряжения 20 (втором входе четырехквадрантного преобразователя 8) должно удовлетворять условиюThe output current of the four-quadrant converter 8 is generated due to the energy of the regulated voltage source 20, which should be equal to the total Q _{Σ of the} reactive power of the higher harmonic components of the input current and the power of the reactive component of the input current, uncompensated by the LC-compensator in different modes of operation of the electric locomotive. To compensate for the total reactive power Q _{Σ, the} voltage U _ist at the output of the regulated voltage source 20 (second input of the quadrant converter 8) must satisfy the condition

где С - емкость конденсатора, включенного на выходе источника регулируемого напряжения 20 (не показан).where C is the capacitance of the capacitor included in the output of the regulated voltage source 20 (not shown).

Суммарная реактивная мощность Q_Σ вычисляется с помощью устройства вычисления реактивной мощности 16, а необходимое для ее компенсации напряжение U_ист на выходе источника регулируемого напряжения 20 рассчитывается устройством вычисления заданного напряжения 17 в соответствии с выражением (7). С помощью блока управления источника регулируемого напряжения 19 происходит управление источником регулируемого напряжения 20. Для этого на его вход подается разностный сигнал, пропорциональный заданному и фактическому значению напряжения на выходе источника регулируемого напряжения 20. Фактическое значение напряжения определяется с помощью датчика напряжения 21, подключенного к выходу источника регулируемого напряжения 20. Заданное и фактическое значения напряжений сравниваются с помощью второго элемента сравнения 18.The total reactive power Q _{Σ is} calculated using the device for calculating reactive power 16, and the voltage U _ist necessary for its compensation at the output of the regulated voltage source 20 is calculated by the device for calculating the target voltage 17 in accordance with expression (7). Using the control unit of the regulated voltage source 19, the controlled voltage source 20 is controlled. To this end, a differential signal is proportional to the set and actual voltage value at the output of the regulated voltage source 20. The actual voltage value is determined using the voltage sensor 21 connected to the output adjustable voltage source 20. The set and actual voltage values are compared using the second comparison element 18.

Благодаря включению в устройство источника регулируемого напряжения происходит полная компенсация реактивной мощности и повышение коэффициента мощности до близких к единице значениям во всех (включая номинальный) режимах работы электровоза. LC-компенсатор компенсирует реактивную составляющую входного тока в номинальном режиме работы электровоза. Четырехквадрантный преобразователь 8 компенсирует нескомпенсированную в отличных от номинального режима реактивную составляющую входного тока, а также реактивную мощность, связанную с высшими гармоническими составляющими входного тока.Thanks to the inclusion of a regulated voltage source in the device, the reactive power is completely compensated and the power factor increases to values close to unity in all (including nominal) modes of operation of the electric locomotive. The LC compensator compensates for the reactive component of the input current in the nominal operating mode of the electric locomotive. The four-quadrant converter 8 compensates for the reactive component of the input current that is uncompensated in a different mode than the nominal mode, as well as the reactive power associated with the higher harmonic components of the input current.

Таким образом, включение в устройство источника регулируемого напряжения 20 позволяет изменять величину тока, генерируемую четырехквадрантным преобразователем 8 при изменении режима работы электровоза. В связи с этим становится возможным полная компенсация реактивной мощности во всех режимах работы электровоза. Расчеты показывают, что применение на электровозе такого устройства позволяет повысить значение коэффициента мощности до 0,996 в режиме тяги и до 0,985 в рекуперативном режиме [A.M.Савоськин, Ю.М.Кулинич, Р.П.Гринберг. Повышение коэффициента мощности электровоза переменного тока. - Электротехника, 2002, №5, с. 11-16].Thus, the inclusion in the device of a regulated voltage source 20 allows you to change the current value generated by the four-quadrant Converter 8 when changing the operating mode of the electric locomotive. In this regard, it becomes possible full compensation of reactive power in all modes of operation of an electric locomotive. Calculations show that the use of such a device on an electric locomotive can increase the power factor to 0.996 in traction mode and to 0.985 in regenerative mode [A.M. Savoskin, Yu.M. Kulinich, RP Grinberg. Increasing the power factor of an AC electric locomotive. - Electrical Engineering, 2002, No. 5, p. 11-16].

Устройство для компенсации реактивной мощности испытано на электровозе ВЛ65 в депо Белогорск Забайкальской железной дороги. Опытные поездки показали повышение коэффициента мощности электровоза на 0,15 и увеличение скорости его движения на 5-7%.The device for reactive power compensation was tested on a VL65 electric locomotive in the Belogorsk depot of the Trans-Baikal Railway. Experimental trips showed an increase in the power factor of the electric locomotive by 0.15 and an increase in its speed of movement by 5-7%.

Claims

A device for reactive power compensation containing a load, which is used as a thyristor converter, a reactive power source consisting of inductors connected in series, a capacitor and a key element made in the form of two counter-parallel connected thyristors, a network mode sensor including a voltage transformer and a current transformer, a block of synchronizing pulses, a device for calculating a given current, a subtractor, a control unit of a four-quadrant converter, a four-quadrant converter and a key element control device, while the load is connected to the network via a current transformer and in parallel to a circuit of inductors, capacitors and counter-parallel connected thyristors, the voltage transformer is connected in parallel to the network, and its output is connected to the input of the block of synchronizing pulses and the first inputs of the set current calculator and the key element control device, the output of the current transformer is connected to the second input of the device calculating the set current and the first input of the subtractor, the output of the device for calculating the set current is connected to the second input of the subtractor, the output of which is connected to the first input of the control unit of the quadrant converter, the second input of which is connected to the output of the block of synchronizing pulses, the output of the control unit of the quadrant converter is connected to the first input of the quadrant a converter whose output is connected in parallel with the load, the second input of the key element control device is connected parallel to the capacitor of the reactive power source, and its output is connected to the thyristors of the key element, characterized in that it additionally includes a reactive power calculation device, a predetermined voltage calculation device, a second comparison element, an adjustable voltage source control unit, an adjustable voltage source and a voltage sensor, the inputs of the reactive power calculation device are connected to the outputs of the voltage and current transformers, the output of the reactive power calculation device through a device for calculating a given voltage, it is connected to the first input of the second comparison element, the output of which is connected to the second input of the second comparison element through a serial circuit from the control unit of the adjustable voltage source, adjustable voltage source, and voltage sensor, and the output of the voltage sensor is connected to the second input of the second comparison element.