RU2420848C1 - Three-phase compensator of reactive power - Google Patents
Three-phase compensator of reactive power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420848C1 RU2420848C1 RU2010123772/07A RU2010123772A RU2420848C1 RU 2420848 C1 RU2420848 C1 RU 2420848C1 RU 2010123772/07 A RU2010123772/07 A RU 2010123772/07A RU 2010123772 A RU2010123772 A RU 2010123772A RU 2420848 C1 RU2420848 C1 RU 2420848C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactive power
- unit
- input
- output
- phase
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к электротехнике и предназначено для компенсации реактивной мощности и повышения коэффициента мощности трехфазных потребителей, в частности, промышленных предприятий.The device relates to electrical engineering and is intended to compensate for reactive power and increase the power factor of three-phase consumers, in particular, industrial enterprises.
Коэффициент мощности является одним из основных энергетических показателей приемников электрической энергии, определяющим потребление им непроизводительной реактивной мощности. В настоящее время коэффициент мощности энергоемких предприятий составляет 0,6-0,7. Низкое значение коэффициента мощности приводит к существенным потерям электроэнергии.Power factor is one of the main energy indicators of electric power receivers, which determines its consumption of non-productive reactive power. Currently, the power factor of energy-intensive enterprises is 0.6-0.7. A low power factor leads to significant energy losses.
При несинусоидальной форме напряжения и тока коэффициент мощности Км потребителя 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 the consumer 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 потребляемым током и питающим напряжением;where φ is the angle of shift between the consumed current and the supply voltage;
υ - коэффициент искажения формы потребляемого тока.υ is the distortion coefficient of the shape of the consumed current.
Последний коэффициент характеризует степень искажения тока и определяется отношением первой гармоники потребляемого тока I1 к его действующему значению Iпотр The last coefficient characterizes the degree of distortion of the current and is determined by the ratio of the first harmonic of the consumed current I 1 to its current value I sweat
Таким образом, коэффициент мощности Км характеризует степень потребления нагрузкой активной и, соответственно, реактивной мощности. Увеличение Км способствует повышению потребления активной мощности и одновременному уменьшению реактивной.Thus, the power factor K m characterizes the degree of load consumption of active and, accordingly, reactive power. An increase in K m contributes to an increase in active power consumption and a simultaneous decrease in reactive power.
Компенсация реактивной мощности является эффективным средством повышения коэффициента мощности, значение которого зависит от приближения фазы потребляемого тока к питающему напряжению, а также симметрирования и улучшения формы потребляемого тока.Reactive power compensation is an effective means of increasing the power factor, the value of which depends on the approximation of the phase of the consumed current to the supply voltage, as well as balancing and improving the shape of the consumed current.
Известен трехфазный компенсатор реактивной мощности (Энергетическая электроника: Справочное пособие. Пер. с нем. Под ред. В.А.Лабунцова. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.243.), который компенсирует реактивную мощность за счет приближения фазы потребляемого тока к питающему напряжению.A three-phase reactive power compensator is known (Power Electronics: A Reference Manual. Translated from German. Edited by V. A. Labuntsov. - M .: Energoatomizdat, 1987, p. 243), which compensates for reactive power by approximating the phase of the consumed current to supply voltage.
Устройство содержит трехфазный управляемый выпрямитель, трехфазный автономный инвертор напряжения, а также трехфазный реактор и конденсатор. Ключевые элементы автономного инвертора напряжения выполнены в виде встречно-параллельного соединения тиристора и диода. Управление автономным инвертором напряжения осуществляется от синхронизированной с сетью системой управления.The device contains a three-phase controlled rectifier, a three-phase autonomous voltage inverter, as well as a three-phase reactor and capacitor. The key elements of a stand-alone voltage inverter are made in the form of a counter-parallel connection of a thyristor and a diode. The autonomous voltage inverter is controlled from a control system synchronized with the network.
Вход управляемого выпрямителя подключен к трехфазной сети переменного тока, а его выход через конденсатор связан с входом трехфазного автономного инвертора напряжения. Выводы автономного инвертора напряжения со стороны переменного тока через трехфазный реактор соединены с трехфазной сетью.The input of the controlled rectifier is connected to a three-phase AC network, and its output through a capacitor is connected to the input of a three-phase autonomous voltage inverter. The findings of an autonomous voltage inverter from the AC side through a three-phase reactor are connected to a three-phase network.
Устройство работает следующим образом. На ключевые элементы автономного инвертора напряжения подается управляющий сигнал, который формирует на его выходе переменную гармонику тока основной частоты. Эта гармоника тока на 90 эл.град. опережает сетевое напряжение. При индуктивном характере нагрузки опережающая по фазе гармоника тока, имеющая емкостный характер, компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки и приближает фазу φ потребляемого тока к питающему напряжению. Таким образом, компенсатор с нерегулируемой величиной тока компенсации повышает коэффициент мощности потребителя за счет увеличения Cosφ при определенных (номинальных) токах нагрузки.The device operates as follows. A control signal is supplied to the key elements of an autonomous voltage inverter, which generates an alternating harmonic of the fundamental frequency current at its output. This current harmonic is 90 degrees. ahead of mains voltage. With the inductive nature of the load, the phase-ahead current harmonic, which is capacitive in nature, compensates for the inductive component of the load current and brings the phase φ of the consumed current closer to the supply voltage. Thus, a compensator with an unregulated value of the compensation current increases the consumer power factor by increasing Cosφ at certain (rated) load currents.
Достоинство известного трехфазного компенсатора реактивной мощности заключается в увеличении коэффициента мощности энергоемких предприятий до 0,8-0,85 за счет увеличения Cosφ при номинальных токах нагрузки. Это обусловлено формированием емкостного тока компенсатора, компенсирующего противоположный по характеру индуктивный ток нагрузки.The advantage of the well-known three-phase reactive power compensator is to increase the power factor of energy-intensive enterprises to 0.8-0.85 due to the increase in Cosφ at rated load currents. This is due to the formation of the capacitive current of the compensator, compensating for the inductive load current, which is opposite in nature.
Недостаток известного трехфазного компенсатора реактивной мощности заключается в недостаточно высоких значениях коэффициента мощности. Это обусловлено, во-первых, наличием фазового угла сдвига φ между потребляемым током и питающим напряжением, приводящим в отличных от номинального режимах работы к уменьшению Cosφ и, во-вторых, сохранением несинусоидальной формы потребляемого тока. Отклонение тока нагрузки от номинального значения вызывает неполную компенсацию реактивной мощности и увеличивает фазовый сдвиг φ между потребляемым током и питающим напряжением. Кроме того, в нерегулируемом компенсаторе симметрирование тока нагрузки и улучшение формы потребляемого тока осуществляется не в полной мере, вследствие чего вышеуказанный известный компенсатор имеет ограниченное применение.A disadvantage of the known three-phase reactive power compensator is not high enough power factor values. This is due, firstly, to the presence of a phase shift angle φ between the consumed current and the supply voltage, which leads to a decrease in Cosφ in different operating modes and, secondly, to the preservation of the non-sinusoidal shape of the consumed current. Deviation of the load current from the nominal value causes incomplete compensation of the reactive power and increases the phase shift φ between the consumed current and the supply voltage. In addition, in an unregulated compensator, the balancing of the load current and the improvement of the shape of the consumed current are not fully implemented, as a result of which the aforementioned known compensator has limited use.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является трехфазный компенсатор реактивной мощности [А.С. №2239271. Трехфазный компенсатор реактивной мощности. Авторы изобретения Ю.М.Кулинич, А.Н.Савоськин. - Опубл. В БИ №30, 2004 г., МКИ 7 Н02J 3/16, 3/18], который повышает коэффициент мощности за счет приближения фазы потребляемого тока к питающему напряжению, а также симметрирования и улучшения формы потребляемого тока,The closest to the claimed solution on the set of essential features and the achieved result is a three-phase reactive power compensator [A.S. No. 2239271. Three-phase reactive power compensator. The inventors Yu.M. Kulinich, A.N. Savoskin. - Publ. In BI No. 30, 2004, MKI 7 Н02J 3/16, 3/18], which increases the power factor by approximating the phase of the current consumption to the supply voltage, as well as balancing and improving the shape of the current consumption,
Трехфазный компенсатор реактивной мощности, подключенный к трехфазной нагрузке, содержит трехфазную нагрузку, силовой инверторный блок, систему управления, устройство дозарядки источника реактивной мощности и источник заданного значения напряжения.A three-phase reactive power compensator connected to a three-phase load contains a three-phase load, a power inverter unit, a control system, a device for recharging a reactive power source, and a voltage setpoint source.
Силовой инверторный блок включает в себя последовательно соединенные трехфазный трансформатор, блок автономных инверторов напряжения и источник реактивной мощности. Входы трехфазного трансформатора являются первыми входами силового инверторного блока, входы блока автономных инверторов напряжения - его вторыми входами, обкладки конденсатора источника реактивной мощности являются первым выходом силового инверторного блока, а выходы блока автономных инверторов напряжения - его вторыми выходами.The power inverter unit includes a three-phase transformer connected in series, an autonomous voltage inverter unit and a reactive power source. The inputs of a three-phase transformer are the first inputs of a power inverter block, the inputs of a block of autonomous voltage inverters are its second inputs, the capacitor plates of a reactive power source are the first output of a power inverter block, and the outputs of a block of autonomous voltage inverters are its second outputs.
Система управления включает в себя блок вычисления активной и реактивной мощности, блок вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности, блок вычисления заданных значений фазных токов и блок управления автономными инверторами напряжения. Блок вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности выполнен в виде двух устройств, каждое из которых содержит интегратор и сумматор. В каждом устройстве вход интегратора соединен с первым входом соответствующего сумматора, а выход - со вторым входом соответствующего сумматора. Первый вход сумматора и вход интегратора являются, соответственно, первым и вторым входами блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности, выходы сумматора - его первым и вторым выходами.The control system includes a unit for calculating the active and reactive power, a unit for calculating the variable component of the active and reactive power, a unit for calculating the set values of the phase currents, and a unit for controlling the autonomous voltage inverters. The unit for calculating the variable component of active and reactive power is made in the form of two devices, each of which contains an integrator and an adder. In each device, the integrator input is connected to the first input of the corresponding adder, and the output is connected to the second input of the corresponding adder. The first input of the adder and the integrator input are, respectively, the first and second inputs of the unit for calculating the variable component of active and reactive power, the outputs of the adder are its first and second outputs.
Первый и второй выходы блока вычисления активной и реактивной мощности системы управления соединены с первым и вторым входами блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности. Первый выход блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности подключен к второму входу блока вычисления заданных значений фазных токов, выход которого соединен с первым входом блока управления автономными инверторами напряжения.The first and second outputs of the active and reactive power calculation unit of the control system are connected to the first and second inputs of the active and reactive power variable component calculation unit. The first output of the unit for calculating the variable component of active and reactive power is connected to the second input of the unit for calculating the set values of phase currents, the output of which is connected to the first input of the control unit of autonomous voltage inverters.
Первые входы блока вычисления активной и реактивной мощности и блока вычисления заданных значений фазных токов являются первыми входами системы управления. Вторые входы блока вычисления активной и реактивной мощности являются вторыми входами системы управления. Третий вход блока вычисления заданных значений фазных токов является ее третьим входом. Второй вход блока управления автономными инверторами напряжения является ее четвертым входом. Второй выход блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности являются первым выходом системы управления, выход блока управления автономными инверторами напряжения - ее вторым выходом.The first inputs of the unit for calculating the active and reactive power and the unit for calculating the set values of phase currents are the first inputs of the control system. The second inputs of the active and reactive power calculation unit are the second inputs of the control system. The third input of the unit for calculating the set values of phase currents is its third input. The second input of the control unit of autonomous voltage inverters is its fourth input. The second output of the unit for calculating the variable component of active and reactive power is the first output of the control system, the output of the control unit of autonomous voltage inverters is its second output.
Первые входы системы управления, первые входы силового инверторного блока, а также трехфазная нагрузка подключены непосредственно к питающей сети. Вторые входы системы управления связаны с трехфазной нагрузкой. Третий вход системы управления соединен с выходом устройства дозарядки источника реактивной мощности, первый вход которого подсоединен к первому выходу системы управления. Четвертый вход системы управления соединен со вторым выходом силового инверторного блока. Второй выход системы управления подключен ко второму входу силового инверторного блока.The first inputs of the control system, the first inputs of the power inverter unit, as well as the three-phase load are connected directly to the mains. The second inputs of the control system are connected to a three-phase load. The third input of the control system is connected to the output of the recharging device of the reactive power source, the first input of which is connected to the first output of the control system. The fourth input of the control system is connected to the second output of the power inverter unit. The second output of the control system is connected to the second input of the power inverter unit.
Выход источника заданного значения напряжения связан со вторым входом устройства дозарядки источника реактивной мощности, третий вход которого подключен к первому выходу силового инверторного блока.The output of the source of the set voltage value is connected to the second input of the device for recharging the source of reactive power, the third input of which is connected to the first output of the power inverter unit.
Трехфазный компенсатор реактивной мощности работает следующим образом.Three-phase reactive power compensator operates as follows.
Сигналы фазных токов и напряжений подаются на входы блока вычисления активной и реактивной мощности, в котором по величине этих сигналов формируется напряжение, пропорциональное активной и реактивной мощности нагрузки. В блоке вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности производится вычисление значений переменных составляющих активной и реактивной мощности. В блоке вычисления заданных значений фазных токов формируются сигналы заданного значения тока компенсатора, обеспечивающего приближение фазы потребляемого тока к питающему напряжению, а также симметрирование и синусоидальную форму этого тока. Управляющий сигнал с выхода блока управления автономными инверторами напряжения подается на вход блока автономных инверторов напряжения, в котором за счет энергии источника реактивной мощности формируются токи компенсатора. Сигналы текущего значения тока компенсатора, полученные на выходе блока автономных инверторов напряжения, сравниваются в блоке управления автономными инверторами напряжения с заданными значениями этих токов, поступающими на его вход с выхода блока вычисления заданных значений фазных токов.Signals of phase currents and voltages are fed to the inputs of the active and reactive power calculation unit, in which a voltage proportional to the active and reactive load power is generated by the magnitude of these signals. In the unit for calculating the variable component of the active and reactive power, the values of the variable components of the active and reactive power are calculated. In the unit for calculating the set values of the phase currents, signals of the set value of the compensator current are generated, which ensures that the phase of the consumed current approaches the supply voltage, as well as the symmetry and sinusoidal shape of this current. The control signal from the output of the control unit of autonomous voltage inverters is fed to the input of the block of autonomous voltage inverters, in which compensator currents are formed due to the energy of the reactive power source. The signals of the current value of the compensator current received at the output of the block of autonomous voltage inverters are compared in the control unit of the autonomous voltage inverters with the given values of these currents supplied to its input from the output of the block for calculating the set values of phase currents.
Энергия источника реактивной мощности Wист выбирается из условия работы компенсатора в номинальном режиме. Величина Wист должна быть равна суммарной реактивной мощности QΣ, потребляемой нагрузкой в номинальном режиме, т.е. Wист=QΣ. Суммарная реактивная мощность нагрузки QΣ=Q+Qиск складывается из реактивной мощности основной частоты Q и мощности искажения Qиск. Первая составляющая реактивной мощности Q определяется величиной несимметрии потребляемых токов и степенью приближения фазы этих токов к питающему напряжению. Мощность искажения Qиск пропорциональна степенью несинусоидальности формы потребляемого тока. Принятая в компенсаторе постоянная величина энергии источника реактивной мощностиReactive power energy source is selected from W ist working conditions compensator in nominal mode. The value of W East should be equal to the total reactive power Q Σ consumed by the load in the nominal mode, i.e. W source = Q Σ . The total reactive power of the load Q Σ = Q + Q suit is the sum of the reactive power of the fundamental frequency Q and the distortion power Q suit . The first component of the reactive power Q is determined by the magnitude of the asymmetry of the consumed currents and the degree of approximation of the phase of these currents to the supply voltage. The distortion power Q lawsuit is proportional to the degree of non-sinusoidal shape of the current consumption. Accepted constant value of reactive power source in the compensator
поддерживается за счет постоянного напряжения Uист на зажимах конденсатора С источника реактивной мощности.supported by a constant voltage U ist at the terminals of the capacitor C of the reactive power source.
Устройство дозарядки источника реактивной мощности поддерживает постоянное значение напряжения на конденсаторе источника реактивной мощности. Значение напряжения на конденсаторе задается выходным сигналом источника заданного значения напряжения.The reactive power source recharger maintains a constant voltage across the capacitor of the reactive power source. The voltage value on the capacitor is set by the output signal of the source of the set voltage value.
В номинальном режиме работы компенсатора по значениям сигналов потребляемого тока и питающего напряжения, поступающими на вход блока вычисления активной и реактивной мощности, рассчитываются значения активной и реактивной мощности. В блоке вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности с помощью интегратора и сумматора осуществляется выделение значений высших гармоник активной и реактивной мощности. При этом из сигналов активной и реактивной мощности, поступающих на вход этого блока, с помощью интегратора вычисляется инверсное значение активной и реактивной мощности основной частоты. На выходе сумматора формируется сигнал, пропорциональный высшим гармоническим составляющим активной и реактивной мощности. По величине этих сигналов, а также значениям фазных напряжений в блоке вычисления заданных значений фазных токов формируются сигналы заданных значений фазных токов. Заданные значения фазных токов компенсатора определяются переменной составляющей активной и реактивной мощности трехфазной нагрузки, а также значениями фазных напряжений трехфазного источника напряжения. Сигналы текущего и заданного значений фазных токов сравниваются в блоке управления автономными инверторами напряжения, где в зависимости от соотношения этих сигналов происходит управление блоком автономных инверторов напряжений. Управление этим блоком заключается в формировании фазных токов, которые, протекая в противофазе с индуктивной составляющей тока нагрузки, компенсируют переменные составляющие активной и реактивной мощности, тем самым осуществляют приближение фазы потребляемого тока к питающему напряжению, а также симметрирование и улучшение формы потребляемого тока. Если суммарная реактивная мощность нагрузки QΣ соответствует энергии Wист источника реактивной мощности, то происходит полная компенсация реактивной мощности нагрузки и повышение коэффициента мощности. В случае отличия тока нагрузки от номинального режима изменяется величина реактивной мощности нагрузки, что приводит к ее неполной компенсации.In the nominal mode of operation of the compensator, the values of the active and reactive power are calculated from the values of the signals of the consumed current and supply voltage supplied to the input of the active and reactive power calculation unit. In the unit for calculating the variable component of the active and reactive power with the help of an integrator and an adder, the higher harmonics of the active and reactive power are extracted. In this case, the inverse value of the active and reactive power of the fundamental frequency is calculated using the integrator from the signals of active and reactive power entering the input of this unit. A signal is generated at the output of the adder, proportional to the higher harmonic components of the active and reactive power. By the magnitude of these signals, as well as the values of phase voltages, in the unit for calculating the set values of phase currents, signals of set values of phase currents are generated. The set values of the phase currents of the compensator are determined by the variable component of the active and reactive power of the three-phase load, as well as the values of the phase voltages of the three-phase voltage source. The signals of the current and preset values of the phase currents are compared in the control unit of the autonomous voltage inverters, where, depending on the ratio of these signals, the block of autonomous voltage inverters is controlled. The control of this unit consists in the formation of phase currents, which, flowing in antiphase with the inductive component of the load current, compensate for the alternating components of the active and reactive power, thereby approximating the phase of the current consumption to the supply voltage, as well as balancing and improving the shape of the current consumed. If the total reactive power of the load Q Σ corresponds to the energy W ist of the source of reactive power, then the reactive power of the load is fully compensated and the power factor increases. If the load current differs from the nominal mode, the value of the reactive power of the load changes, which leads to its incomplete compensation.
Достоинством известного устройства является повышение коэффициента мощности в номинальном режиме работы нагрузки до 0,85-0,92. Увеличение коэффициента мощности обусловлено, во-первых, приближением фазы потребляемого тока к питающему напряжению, а, во-вторых, симметрированием и улучшением формы этого тока в номинальном режиме работы нагрузки. Это обусловлено полной компенсацией суммарной реактивной мощности нагрузки. Благодаря этому значительно повышается величина коэффициента мощности Км.The advantage of the known device is to increase the power factor in the nominal operating mode of the load to 0.85-0.92. The increase in power factor is caused, firstly, by the approximation of the phase of the consumed current to the supply voltage, and, secondly, by balancing and improving the shape of this current in the nominal operating mode of the load. This is due to full compensation of the total reactive power of the load. Due to this, the power factor K m is significantly increased.
Недостатком известного устройства являются недостаточно высокие показатели коэффициента мощности в отличных от номинальных режимах работы (0,82) из-за отклонения нагрузки от номинальной, что приводит к неполной компенсации реактивной мощности. Это обусловлено увеличением суммарной реактивной мощности, превышающей фиксированную энергию источника реактивной мощности, что вызывает неполную компенсации реактивной мощности нагрузки. Неполная компенсация реактивной мощности является причиной появления фазового угла сдвига φ между потребляемым током и питающим напряжением, уменьшающего значения Cosφ, а также нарушения симметрии и синусоидальности формы потребляемого тока, снижающего величину коэффициента искажения формы потребляемого тока υ. Это приводит к снижению коэффициента мощности Км.A disadvantage of the known device is the insufficiently high power factor in different operating conditions (0.82) due to deviation of the load from the nominal, which leads to incomplete compensation of reactive power. This is due to an increase in the total reactive power exceeding the fixed energy of the reactive power source, which causes incomplete compensation of the reactive power of the load. Incomplete compensation of reactive power is the cause of the appearance of a phase shift angle φ between the consumed current and the supply voltage, which reduces the Cosφ value, as well as a violation of the symmetry and sinusoidal shape of the consumed current, which reduces the value of the distortion coefficient of the shape of the consumed current υ. This leads to a decrease in power factor K m
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке трехфазного компенсатора реактивной мощности, в котором обеспечивается достижение максимального значения коэффициента мощности при любом режиме работы, включая номинальный и отличный от номинального режимы работы, при одновременном повышении уровня напряжения на трехфазной нагрузке за счет компенсации реактивной мощности благодаря регулированию энергии источника реактивной мощности.The problem solved by the invention is to develop a three-phase reactive power compensator, which ensures the achievement of the maximum value of the power factor in any operating mode, including nominal and non-nominal operating modes, while increasing the voltage level on the three-phase load due to reactive power compensation due to regulation reactive power source energy.
Для решения поставленной задачи в трехфазный компенсатор реактивной мощности, подключенный к трехфазной нагрузке, содержащий силовой инверторный блок, включающий последовательно соединенные трехфазный трансформатор, блок автономных инверторов напряжения и источник реактивной мощности, в котором входы трехфазного трансформатора являются первыми входами силового инверторного блока, входы блока автономных инверторов напряжения - его вторыми входами, обкладки конденсатора источника реактивной мощности являются первым выходом силового инверторного блока, а выходы блока автономных инверторов напряжения - его вторыми выходами, систему управления, включающую блок вычисления активной и реактивной мощности, блок вычисления заданных значений фазных токов, блок управления автономными инверторами напряжения и блок вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности, выполненный в виде двух устройств, содержащих интегратор и сумматор, в которых вход каждого интегратора соединен с первым входом соответствующего сумматора, выход - со вторым входом соответствующего сумматора, и в которых первый вход сумматора и вход интегратора являются соответственно первым и вторым входами блока вычисления, а выходы сумматоров - его первым и вторым выходами, при этом первый и второй выходы блока вычисления активной и реактивной мощности системы управления соединены с первым и вторым входами блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности, первый выход блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности подключен второму входам блока вычисления заданных значений фазных токов, выход которого соединен с первым входом блок управления автономными инверторами напряжения, первые входы блока вычисления активной и реактивной мощности и блока вычисления заданных значений фазных токов являются первыми входами системы управления, вторые входы блока вычисления активной и реактивной мощности являются ее вторыми входами, третий вход блока вычисления заданных значений фазных токов - ее третьим входом, второй вход блока управления автономными инверторами напряжения - ее четвертым входом, второй выход блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности является первым выходом системы управления, выход блока управления автономными инверторами напряжения - ее вторым выходом, а также устройство дозарядки источника реактивной мощности, при этом первые входы системы управления и трехфазная нагрузка подключены непосредственно к питающей сети, ее вторые входы - к трехфазной нагрузке, ее третий вход - к выходу устройства дозарядки источника реактивной мощности, первый вход которого подсоединен к первому выходу системы управления, четвертый вход системы управления соединен со вторым выходом силового инверторного блока, выход системы управления подключен ко второму входу силового инверторного блока, в него дополнительно введены устройство вычисления заданного напряжения, элемент сравнения, ПИ-регулятор, блок управления устройством дозарядки источника реактивной мощности и датчик напряжения, при этом первый выход блока вычисления активной и реактивной мощности системы управления подключено к входу устройства вычисления заданного напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенные ПИ-регулятор и блок управления устройством дозарядки источника реактивной мощности подключен к второму входу устройства дозарядки источника реактивной мощности, а второй вход элемента сравнения - к выходу датчика напряжения, первый и второй входы которого соединены с первыми выходами силового инверторного блока.To solve this problem, a three-phase reactive power compensator connected to a three-phase load, containing a power inverter unit, including a three-phase transformer connected in series, a unit of autonomous voltage inverters and a reactive power source, in which the inputs of a three-phase transformer are the first inputs of the power inverter unit, the inputs of the unit are autonomous voltage inverters - by its second inputs, the capacitor plates of the reactive power source are the first output of the power of the inverter unit, and the outputs of the unit of stand-alone voltage inverters by its second outputs, a control system including a unit for calculating active and reactive power, a unit for calculating the set values of phase currents, a unit for controlling autonomous voltage inverters and a unit for computing a variable component of active and reactive power, made in in the form of two devices containing an integrator and an adder, in which the input of each integrator is connected to the first input of the corresponding adder, the output - with the second input, respectively the adder, in which the first adder input and the integrator input are respectively the first and second inputs of the calculation unit, and the outputs of the adders are its first and second outputs, while the first and second outputs of the active and reactive power calculation unit of the control system are connected to the first and second the inputs of the unit for calculating the variable component of the active and reactive power, the first output of the unit for calculating the variable component of the active and reactive power is connected to the second inputs of the unit for calculating the specified values phase currents, the output of which is connected to the first input by the control unit of autonomous voltage inverters, the first inputs of the active and reactive power calculation unit and the phase current set value calculation unit are the first inputs of the control system, the second inputs of the active and reactive power calculation unit are its second inputs, the third input of the unit for calculating the set values of phase currents is its third input, the second input of the control unit of autonomous voltage inverters is its fourth input, the second output is The calculation of the variable component of active and reactive power is the first output of the control system, the output of the control unit of autonomous voltage inverters is its second output, as well as a device for recharging the reactive power source, while the first inputs of the control system and the three-phase load are connected directly to the mains, its second inputs - to a three-phase load, its third input - to the output of the device for recharging a reactive power source, the first input of which is connected to the first output of the control system phenomena, the fourth input of the control system is connected to the second output of the power inverter unit, the output of the control system is connected to the second input of the power inverter unit, it additionally includes a set voltage calculation device, a comparison element, a PI controller, a reactive power source charging device control unit and a sensor voltage, while the first output of the unit for calculating the active and reactive power of the control system is connected to the input of the device for calculating the specified voltage, the output is It is connected to the first input of the comparison element, the output of which through series-connected PI controller and the control unit of the reactive power source recharging device is connected to the second input of the reactive power source recharging device, and the second input of the comparison element is connected to the output of the voltage sensor, the first and second inputs of which connected to the first outputs of the power inverter unit.
Введение в трехфазный компенсатор реактивной мощности новых блоков и образование новых взаимосвязей между блоками устройства являются существенными отличительными признаками, свидетельствуют о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».The introduction of new units into the three-phase compensator of reactive power and the formation of new relationships between the units of the device are significant distinguishing features that indicate the conformity of the proposed solution to the patentability criterion of the invention of “novelty”.
Введение в трехфазный компенсатор реактивной мощности совокупности новых блоков: устройства вычисления заданного напряжения, элемента сравнения, ПИ-регулятора, блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности и датчика напряжения, - и новые взаимосвязи блоков обеспечивают достижение максимального значения коэффициента мощности при любом режиме работы, включая номинальный и отличный от номинального режимы работы, при одновременном повышении уровня напряжения на трехфазной нагрузке за счет полной компенсации реактивной составляющей входного тока и полной компенсации высших гармонических составляющих входного тока потребителя в широком диапазоне токовых нагрузок.An introduction to the three-phase reactive power compensator of a totality of new units: a device for calculating a given voltage, a comparison element, a PI controller, a control unit for a device for charging a reactive power source and a voltage sensor, and new interconnections of the units achieve the maximum power factor value in any operating mode, including nominal and different from the nominal operating modes, while increasing the voltage level at the three-phase load due to the full compensation of the active component of the input current and full compensation of the higher harmonic components of the input current of the consumer in a wide range of current loads.
Это обусловлено тем, что направленный противофазно высшим гармоническим составляющим и реактивной составляющей входного тока ток компенсации компенсирует их, что приводит к одновременному приближению потребляемого тока к синусоидальной форме и приближению фазы потребляемого тока к питающему напряжению. Это в свою очередь увеличивает как коэффициент искажения тока υ, так и Cosφ и соответственно коэффициента мощности Км. Таким образом, за счет изменения одного фактора, а именно изменения тока компенсации, увеличиваются обе составляющие коэффициента мощности Км. Увеличение обеих составляющих коэффициента мощности Км приводит к максимального увеличению коэффициента мощности при любом режиме работы.This is due to the fact that the compensation current compensates them, which is directed out of phase with the higher harmonic components and the reactive component of the input current, which leads to the simultaneous approximation of the current consumption to a sinusoidal shape and the phase of the current consumed approaching the supply voltage. This in turn increases both the current distortion coefficient υ and Cosφ and, accordingly, the power factor K m . Thus, due to a change in one factor, namely, a change in the compensation current, both components of the power factor K m increase. An increase in both components of the power factor K m leads to a maximum increase in the power factor in any operating mode.
Кроме того, компенсация реактивной составляющей входного тока за счет улучшения формы входного тока приводит к уменьшению в его составе реактивной составляющей тока и тока высших гармонических составляющих. Уменьшение реактивной составляющей тока нагрузки снижает потери напряжения в индуктивном сопротивлении линии электропередачи. Благодаря этому происходит увеличение уровня напряжения на входе потребителя.In addition, the compensation of the reactive component of the input current by improving the shape of the input current leads to a decrease in its composition of the reactive component of the current and current of higher harmonic components. Reducing the reactive component of the load current reduces the voltage loss in the inductive reactance of the power line. Due to this, there is an increase in the voltage level at the consumer input.
Причинно-следственная связь «Введение в трехфазный компенсатор реактивной мощности совокупности новых блоков: устройства вычисления заданного напряжения, элемента сравнения, ПИ-регулятора, блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности и датчика напряжения и новые взаимосвязи блоков влияют на достижение максимального значения коэффициента мощности за счет полной компенсации реактивной составляющей входного тока и полной компенсации высших гармонических составляющих входного тока в номинальном режиме работы благодаря номинальному значению тока компенсации» известна в уровне техники, следовательно, она явным образом следует из уровня техники.Causal relationship “Introduction to a three-phase reactive power compensator of a totality of new units: a device for calculating a given voltage, a comparison element, a PI controller, a control unit for a device for recharging a reactive power source and a voltage sensor and new interconnections of blocks affect the achievement of the maximum value of the power factor due to full compensation of the reactive component of the input current and full compensation of the higher harmonic components of the input current in the nominal operating mode Thanks to the rated value of the compensation current, it is known in the prior art, therefore, it follows explicitly from the prior art.
Однако, причинно-следственная связь «Введение в трехфазный компенсатор реактивной мощности совокупности новых блоков: устройства вычисления заданного напряжения, элемента сравнения, ПИ-регулятор, блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности и датчика напряжения и новые взаимосвязи блоков влияют на достижение максимального значения коэффициента мощности за счет полной компенсации реактивной составляющей входного тока и полной компенсации высших гармонических составляющих входного тока в режимах, отличных от номинального режима, при одновременном повышении уровня напряжения на трехфазной нагрузке благодаря регулированию энергии источника реактивной мощности, не обнаружена в уровне техники, следовательно, она явным образом не следует из уровня техники. Следовательно, она является новой и заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».However, a causal relationship “Introduction to a three-phase reactive power compensator of a combination of new units: a device for calculating a given voltage, a comparison element, a PI controller, a control unit for a device for recharging a reactive power source and a voltage sensor and new interconnections of units affect the achievement of the maximum value of the power factor due to the complete compensation of the reactive component of the input current and the full compensation of the higher harmonic components of the input current in excellent modes t rated operation, while increasing the voltage level to a three-phase power source through a load reactive power regulation, is not found in the prior art, therefore, it should not be explicitly in the art. Therefore, it is new and the claimed solution meets the criterion of patentability of the invention "inventive step".
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его воплощения со ссылками на сопровождающий чертеж, где представлена схема заявляемого устройства, подтверждающая соответствие заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «промышленная применимость».The invention is further explained in the description of a specific embodiment with reference to the accompanying drawing, which shows a diagram of the inventive device, confirming the compliance of the claimed solutions to the patentability criterion of the invention "industrial applicability".
Трехфазный компенсатор реактивной мощности, подключенный к трехфазной нагрузке 1, содержит силовой инверторный блок 2, систему управления 3, устройство дозарядки источника реактивной мощности 4, устройство вычисления заданного напряжения 5, элемент сравнения 6, ПИ-регулятор 7, блок управления устройством дозарядки источника реактивной мощности 8 и датчик напряжения 9.A three-phase reactive power compensator connected to a three-phase load 1 contains a power inverter unit 2, a control system 3, a device for recharging a reactive power source 4, a device for calculating a given voltage 5, a comparison element 6, a PI controller 7, a control unit for a device for charging a reactive power source 8 and voltage sensor 9.
Силовой инверторный блок 2 включает в себя последовательно соединенные трехфазный трансформатор 10, блок автономных инверторов напряжения 11 и источник реактивной мощности 12. В силовом инверторном блоке входы трехфазного трансформатора 10 являются первыми входами силового инверторного блока 2, входы блока автономных инверторов напряжения 11 - его вторыми входами, обкладки конденсатора источника реактивной мощности 12 являются первым выходом силового инверторного блока 2, а выходы блока автономных инверторов напряжения 11 - его вторыми выходами,The power inverter unit 2 includes a three-phase transformer 10 connected in series, the unit of autonomous voltage inverters 11 and the reactive power source 12. In the power inverter unit, the inputs of the three-phase transformer 10 are the first inputs of the power inverter unit 2, the inputs of the unit of independent voltage inverters 11 are its second inputs , the capacitor plates of the reactive power source 12 are the first output of the power inverter block 2, and the outputs of the block of autonomous voltage inverters 11 are its second output ami
Система управления 3 включает в себя блок вычисления активной и реактивной мощности 13, блок вычисления заданных значений фазных токов 14, блок управления автономными инверторами напряжения 15 и блок вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности 16. Блок вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности 16 выполнен в виде двух устройств, содержащих интегратор 17 и сумматор 18. В каждом устройстве вход каждого интегратора 17 соединен с первым входом соответствующего сумматора 18, а выход - со вторым входом соответствующего сумматора 18. Первый вход сумматора 18 и вход интегратора 17 являются, соответственно, первым и вторым входами блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности 16, а выходы сумматоров 18 - его первым и вторым выходами.The control system 3 includes a unit for calculating the active and reactive power 13, a unit for calculating the set values of phase currents 14, a unit for controlling autonomous voltage inverters 15 and a unit for calculating the variable component of the active and reactive power 16. The unit for calculating the variable component of the active and reactive power 16 is made in in the form of two devices containing an integrator 17 and an adder 18. In each device, the input of each integrator 17 is connected to the first input of the corresponding adder 18, and the output to the second input, respectively of the corresponding adder 18. The first input of the adder 18 and the input of the integrator 17 are, respectively, the first and second inputs of the unit for calculating the variable component of the active and reactive power 16, and the outputs of the adders 18 are its first and second outputs.
Первый и второй выходы блока вычисления активной и реактивной мощности 13 системы управления 3 соединены с первым и вторым входами блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности 16. Первый выход блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности 16 подключен к второму входу блока вычисления заданных значений фазных токов 14, выход которого соединен с первым входом блока управления автономными инверторами напряжения 15. Первые входы блока вычисления активной и реактивной мощности 13 и блока вычисления заданных значений фазных токов 14 являются первыми входами системы управления 3. Вторые входы блока вычисления активной и реактивной мощности 13 являются вторыми входами системы управления 3, третий вход блока вычисления заданных значений фазных токов 14 - ее третьим входом, второй вход блока управления автономными инверторами напряжения 15 - ее четвертым входом. Второй выход блока вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности 16 является первым выходом системы управления 3, выход блока управления автономными инверторами напряжения 15 - ее вторым выходом.The first and second outputs of the unit for calculating the active and reactive power 13 of the control system 3 are connected to the first and second inputs of the unit for calculating the variable component of the active and reactive power 16. The first output of the unit for calculating the variable component of the active and reactive power 16 is connected to the second input of the unit for calculating the set phase values currents 14, the output of which is connected to the first input of the control unit of autonomous voltage inverters 15. The first inputs of the active and reactive power calculation unit 13 and the subtracting unit additions of the set values of the phase currents 14 are the first inputs of the control system 3. The second inputs of the active and reactive power calculation unit 13 are the second inputs of the control system 3, the third input of the unit for calculating the set values of the phase currents 14 is its third input, the second input of the control unit of autonomous voltage inverters 15 - her fourth entrance. The second output of the unit for calculating the variable component of the active and reactive power 16 is the first output of the control system 3, the output of the control unit of the autonomous voltage inverters 15 is its second output.
Первые входы системы управления 3, первые входы силового инверторного блока 2, а также трехфазная нагрузка 1 подключены непосредственно к питающей сети. Вторые входы системы управления 3 связаны с трехфазной нагрузкой 1. Третий вход системы уравнения 3 подключен к выходу устройства дозарядки источника реактивной мощности 4, первый вход которого подсоединен к первому выходу системы управления 3. Четвертый вход системы управления 3 соединен со вторым выходом силового инверторного блока 2. Второй выход системы управления 3 подключен ко второму входу силового инверторного блока 2. Первый выход блока вычисления активной и реактивной мощности 13 системы управления 3 подключен к входу устройства вычисления заданного напряжения 5, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения 6. Выход элемента сравнения 6 через последовательно соединенные ПИ-регулятор 7 и блок управления устройством дозарядки источника реактивной мощности 8 подключен к второму входу устройства дозарядки источника реактивной мощности 4. Второй вход элемента сравнения 6 подключен к выходу датчика напряжения 9, первый и второй входы которого соединены с первыми выходами силового инверторного блока 2.The first inputs of the control system 3, the first inputs of the power inverter unit 2, as well as the three-phase load 1 are connected directly to the mains. The second inputs of the control system 3 are connected with a three-phase load 1. The third input of the equation 3 system is connected to the output of the recharging device of the reactive power source 4, the first input of which is connected to the first output of the control system 3. The fourth input of the control system 3 is connected to the second output of the power inverter unit 2 The second output of the control system 3 is connected to the second input of the power inverter unit 2. The first output of the unit for calculating the active and reactive power 13 of the control system 3 is connected to the input of the device calculating a predetermined voltage 5, the output of which is connected to the first input of the comparison element 6. The output of the comparison element 6 is connected to the second input of the charging device of the reactive power source 4 through the PI controller 7 and the control unit for recharging the reactive power source 4. The second input of the comparison element 6 is connected to the output of the voltage sensor 9, the first and second inputs of which are connected to the first outputs of the power inverter unit 2.
Блок автономных инверторов напряжения 11 выполнен по схеме трехфазного инвертора напряжения на базе силовых IGBT-транзисторов. Блок вычисления активной и реактивной мощности 13 и устройство вычисления заданного напряжения 5 реализованы на базе PIC-контроллера 16F877. В качестве датчика напряжения 9 использован датчик, выпускаемый фирмой LEM. Остальные элементы трехфазного компенсатора реализованы на базе операционных усилителей 140 серии и цифровых элементов средней степени интеграции 155 серии.The block of autonomous voltage inverters 11 is made according to the scheme of a three-phase voltage inverter based on power IGBT transistors. The active and reactive power calculation unit 13 and the set voltage calculation device 5 are implemented on the basis of the PIC controller 16F877. As a voltage sensor 9, a sensor manufactured by LEM is used. The remaining elements of the three-phase compensator are implemented on the basis of operational amplifiers of the 140 series and digital elements of medium degree of integration of the 155 series.
Трехфазный компенсатор реактивной мощности работает следующим образом.Three-phase reactive power compensator operates as follows.
Сигналы фазных токов ia, ib, ic и напряжений ua, ub, uc подаются на входы блока вычисления активной и реактивной мощности 13 системы управления 3, в котором по величине этих сигналов формируется напряжение, пропорциональное активной р и реактивной q мощности нагрузки.The signals of the phase currents i a , i b , i c and voltages u a , u b , u c are fed to the inputs of the active and reactive power calculation unit 13 of the control system 3, in which a voltage proportional to the active p and reactive q is formed by the magnitude of these signals power load.
Вычисление мощностей р и q производится в α-β плоскости в соответствии с соотношениями:The powers of p and q are calculated in the α-β plane in accordance with the relations:
где еα, eβ и iα, iβ - соответственно приведенные к α-β плоскости значения фазных напряжений и токов.where e α , e β and i α , i β are the values of phase voltages and currents reduced to the α-β plane, respectively.
В блоке вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности 16 интегратором 17 и сумматором 18 производится вычисление значений переменных составляющих активной р≈ и реактивной q≈ мощности. В блоке вычисления заданных значений фазных токов 14 формируются сигналы заданного значения токов компенсатора i* a, i* b, i* c, обеспечивающего приближение фазы потребляемого тока к питающему напряжению, а также симметрирование и синусоидальную форму этого тока. Расчет заданных токов i* a, i* b, i* c производится на основании полученных значений переменных составляющих мощности р≈ и q≈ по формулам:In the unit for calculating the variable component of the active and reactive power 16 by the integrator 17 and the adder 18, the values of the variable components of the active p ≈ and reactive q ≈ power are calculated. In the unit for calculating the set values of the phase currents 14, signals of the set value of the compensator currents i * a , i * b , i * c are generated, which ensures that the phase of the consumed current approaches the supply voltage, as well as the symmetry and sinusoidal shape of this current. Set currents i * a , i * b , i * c are calculated based on the obtained values of the variable power components p ≈ and q ≈ according to the formulas:
где pv - составляющая активной мощности, обусловленная напряжением конденсатора источника реактивной мощности 12.where p v is the component of active power, due to the voltage of the capacitor of the source of reactive power 12.
Управляющий сигнал с выхода блока управления автономными инверторами напряжения 15 подается на вход блока автономных инверторов напряжения 11, в котором за счет энергии источника реактивной мощности 12 формируются токи компенсатора. Сигналы текущего значения тока компенсатора, полученные на выходе блока автономных инверторов напряжения 11, сравниваются в блоке управления автономными инверторами напряжения 15 с заданными значениями i* a, i* b, i* c этих токов, поступающими на его вход с выхода блока вычисления заданных значений фазных токов 14.The control signal from the output of the control unit of the autonomous voltage inverters 15 is fed to the input of the block of autonomous voltage inverters 11, in which the compensator currents are formed due to the energy of the reactive power source 12. The signals of the current value of the compensator current received at the output of the block of autonomous voltage inverters 11 are compared in the control unit of the autonomous voltage inverters 15 with the given values i * a , i * b , i * c of these currents received at its input from the output of the set value calculation unit phase currents 14.
Выходной ток блока автономных инверторов напряжения 11 формируется за счет энергии источника реактивной мощности 12, которая должна быть равна суммарной реактивной мощности QΣ высших гармонических составляющих входного тока и мощности реактивной составляющей входного тока. Для компенсации суммарной реактивной мощности QΣ напряжение Uист источника реактивной мощности 12 должно удовлетворять уравнению (3).The output current of the block of autonomous voltage inverters 11 is generated due to the energy of the reactive power source 12, which should be equal to the total reactive power Q Σ of the higher harmonic components of the input current and the power of the reactive component of the input current. To compensate for the total reactive power Q Σ, the voltage U ist of the source of reactive power 12 must satisfy equation (3).
Суммарная реактивная мощность QΣ=q=eαiβ-еβiα вычисляется с помощью блока вычисления активной и реактивной мощности 13, а необходимое для ее компенсации напряжение Vист на зажимах источника реактивной мощности 12 рассчитывается устройством вычисления заданного напряжения 5 в соответствии с выражением (3). С помощью блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности 8 происходит регулирование напряжения на зажимах источника реактивной мощности 12. Для этого на вход блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности 8 через ПИ-регулятор (пропорционально-интегрирующий регулятор) 7 подается разностный сигнал ΔU=Uзад-Uф, пропорциональный разности заданного Uзад и фактического Uф значений напряжения источника реактивной мощности 12. Датчик напряжения 9 определяет фактическое значение напряжения Uф. Элемент сравнения 6 сравнивает заданное и фактическое значения напряжений. ПИ-регулятор 7 обеспечивает изодромное регулирование и нулевое установившееся значение ошибки по положению (разности напряжений ΔU=Uзад-Uф) по закону регулирования:The total reactive power Q Σ = q = e α i β-β β i α is calculated using the active and reactive power calculation unit 13, and the voltage V ist necessary for its compensation at the terminals of the reactive power source 12 is calculated by the set voltage calculator 5 in accordance with with expression (3). Using the control unit of the device for recharging the source of reactive power 8, the voltage is regulated at the terminals of the source of reactive power 12. For this, the difference signal ΔU = U back is supplied to the input of the control unit of the device for recharging the source of reactive power 8 through the PI controller (proportionally integrating controller) 7 -U f proportional to the difference between a given U ass and the actual U f voltage values of the reactive power source 12. The voltage sensor 9 determines the actual voltage value U f . Comparison element 6 compares the set and actual voltage values. PI controller 7 provides isodromic regulation and a zero steady state error value in position (voltage difference ΔU = U back -U f ) according to the regulation law:
где k, T - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени ПИ-регулятора.where k, T are the gain and time constant of the PI controller, respectively.
При изменении тока трехфазной нагрузки 1 происходит изменение реактивной составляющей ее мощности. Увеличение тока трехфазной нагрузки 1 приводит к увеличению реактивной мощности, что требует повышения уровня напряжения источника реактивной мощности 12, затрачиваемого для компенсации реактивной мощности. Снижение тока трехфазной нагрузки 1, наоборот, должно сопровождаться уменьшением напряжения источника реактивной мощности 12. Устройство вычисления заданного напряжения 5 для постоянной емкости конденсатора источника реактивной мощности 12 рассчитывает необходимое значение напряжения Uзад на обкладках конденсатора. Если это напряжение не равно фактическому значению напряжения Uф, то появляется разностный сигнал ΔU на выходе элемента сравнения 6. В соответствии с уравнением (6) ПИ-регулятор 7 преобразует входную координату ΔU в управляющий сигнал y для блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности 8. На выходе этого блока формируется сигнал рv, величина которого пропорциональна разностному сигналу заданного и фактического напряжения на конденсаторе источника реактивной мощности 12. В устройстве дозарядки источника реактивной мощности 4 корректируется величина переменной составляющей активной мощности р≈ с учетом уровня напряжения источника реактивной мощности 12. На основании сигналов, поступающих на вход блока вычисления заданных значений фазных токов 14, в соответствии с формулами (5) вычисляются заданные значения фазных токов i* a, i* b, i* c. Блок управления автономными инверторами напряжения 15 сравнивает значения этих токов с фактическими значениями, получаемыми на выходе блока автономных инверторов напряжения 11. Управление блоком автономных инверторов напряжения 11 сводится к тому, чтобы заданные и фактические значения фазных токов совпадали. В этом случае из питающей сети через трехфазный трансформатор 10 и блок автономных инверторов напряжения 11 силового инверторного блока 2 в цепь источника реактивной мощности поступает такой ток, который при изменении тока трехфазной нагрузки 1 обеспечивает требуемое значение напряжения на конденсаторе источника реактивной мощности 12. В этом случае осуществляется полная компенсация реактивной мощности во всех режимах работы трехфазной нагрузки 1, включая номинальный.When the current of the three-phase load 1 changes, the reactive component of its power changes. The increase in the current of the three-phase load 1 leads to an increase in reactive power, which requires an increase in the voltage level of the source of reactive power 12, spent to compensate for the reactive power. The decrease in the current of the three-phase load 1, on the contrary, should be accompanied by a decrease in the voltage of the reactive power source 12. The device for calculating the set voltage 5 for the constant capacitance of the capacitor of the reactive power source 12 calculates the required voltage U back on the capacitor plates. If this voltage is not equal to the actual value of the voltage U f , then a differential signal ΔU appears at the output of the comparison element 6. In accordance with equation (6), the PI controller 7 converts the input coordinate ΔU into a control signal y for the control unit of the device for charging the reactive power source 8 . The output of this unit is formed by a signal p v, the magnitude of which is proportional to the difference signal set and actual capacitor voltage source reactive power source device 12. In pre-charge jet 4 oschnosti adjusted value of the variable component of the active power p ≈ with the level of reactive power voltage source 12. On the basis of the signals input to the phase calculation unit in the set values of currents 14, in accordance with formulas (5) are calculated phase currents predetermined value i * a, i * b , i * c . The control unit of the autonomous voltage inverters 15 compares the values of these currents with the actual values obtained at the output of the block of autonomous voltage inverters 11. The control of the block of autonomous voltage inverters 11 is reduced to ensure that the set and actual values of the phase currents coincide. In this case, from the supply network through a three-phase transformer 10 and a block of autonomous voltage inverters 11 of the power inverter unit 2, a current is supplied to the reactive power source circuit, which, when the current of the three-phase load 1 changes, provides the required voltage value on the capacitor of the reactive power source 12. In this case full compensation of reactive power in all modes of operation of the three-phase load 1, including the nominal.
Опытный образец трехфазного компенсатора реактивной мощности испытан в электроаппаратном цехе депо Белогорск Забайкальской железной дороги. Испытания показали, что коэффициент мощности потребителей цеха составляет 0,96 при различных режимах (токах) нагрузки потребителей, превышая на 6,6% этот показатель по сравнению с прототипом. При этом уровень напряжения на трехфазной нагрузке, измеренный на вводе распределительного щита цеха, увеличился на 2-3%.A prototype of a three-phase reactive power compensator was tested in the electric equipment shop of the Belogorsk depot of the Transbaikal Railway. Tests have shown that the power factor of consumers in the workshop is 0.96 under various modes (currents) of consumer load, exceeding this indicator by 6.6% compared with the prototype. At the same time, the voltage level at the three-phase load, measured at the input of the switchboard of the workshop, increased by 2-3%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010123772/07A RU2420848C1 (en) | 2010-06-10 | 2010-06-10 | Three-phase compensator of reactive power |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010123772/07A RU2420848C1 (en) | 2010-06-10 | 2010-06-10 | Three-phase compensator of reactive power |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2420848C1 true RU2420848C1 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=44736797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010123772/07A RU2420848C1 (en) | 2010-06-10 | 2010-06-10 | Three-phase compensator of reactive power |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420848C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625161C1 (en) * | 2016-09-14 | 2017-07-12 | Олег Фёдорович Меньших | Automatic control method of energy distribution in electric ladder-type power transmission lines |
| RU2668346C1 (en) * | 2017-07-24 | 2018-09-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Device for compensation of reactive power of electric stock |
| RU2726474C1 (en) * | 2019-08-20 | 2020-07-14 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device |
| RU2776212C1 (en) * | 2021-07-08 | 2022-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Method for indirect reactive power compensation |
-
2010
- 2010-06-10 RU RU2010123772/07A patent/RU2420848C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625161C1 (en) * | 2016-09-14 | 2017-07-12 | Олег Фёдорович Меньших | Automatic control method of energy distribution in electric ladder-type power transmission lines |
| RU2668346C1 (en) * | 2017-07-24 | 2018-09-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Device for compensation of reactive power of electric stock |
| RU2726474C1 (en) * | 2019-08-20 | 2020-07-14 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device |
| RU2776212C1 (en) * | 2021-07-08 | 2022-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Method for indirect reactive power compensation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9444253B2 (en) | Paralleling of active filters with independent controls | |
| CN102651551A (en) | Method for controlling power factor of three-phase converter, method for controlling reactive power of three-phase converter, and controller of three-phase converter | |
| RU2420848C1 (en) | Three-phase compensator of reactive power | |
| EP0610058B1 (en) | Device for suppressing voltage fluctuation and higher harmonics | |
| JP4568111B2 (en) | Power conversion control device | |
| RU2619919C1 (en) | Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive | |
| RU2413350C1 (en) | Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio | |
| RU2670093C1 (en) | Device for compensation of reactive power of electric stock | |
| RU2383984C1 (en) | Reactive power compensator | |
| RU2677628C1 (en) | Three-phase reactive power compensator | |
| RU2595265C1 (en) | Device for compensation of reactive power of electric stock | |
| RU2512886C1 (en) | Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio | |
| RU2686114C1 (en) | Method for compensation of voltage unbalance in three-phase network | |
| RU2548206C1 (en) | Device for reactive power compensation of electric stock | |
| RU2506677C1 (en) | Device for compensation of reactive capacity | |
| RU2668346C1 (en) | Device for compensation of reactive power of electric stock | |
| RU2573599C1 (en) | Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry | |
| JP2023002993A (en) | Method for controlling power factor by using self-excited reactive power compensator | |
| JP2023002994A (en) | Method for controlling power factor by using self-excited reactive power compensator | |
| Artemenko et al. | Integral Strategies of Active Filtration in the Reference Frame of the Two-Wattmeters Method | |
| RU2479088C1 (en) | Filter-compensating device | |
| RU2239271C1 (en) | Reactive power three-phase compensator | |
| RU2802915C1 (en) | Reactive power compensator control method | |
| RU2570655C1 (en) | Device for compensation of reactive power | |
| RU2726474C1 (en) | Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150611 |