RU2450420C1

RU2450420C1 - Полупроводниковое фазоповоротное устройство

Info

Publication number: RU2450420C1
Application number: RU2011118981/08A
Authority: RU
Inventors: Валерий Павлович Жмуров (RU); Валерий Павлович Жмуров; Вадим Николаевич Стельмаков (RU); Вадим Николаевич Стельмаков; Анатолий Николаевич Тарасов (RU); Анатолий Николаевич Тарасов; Анатолий Лукич Тимошенко (RU); Анатолий Лукич Тимошенко; Ирина Ивановна Казеннова (RU); Ирина Ивановна Казеннова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского"
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Изобретение относится к высоковольтным электротехническим комплексам для управляемых линий электропередач. Технический результат, расширение диапазона углов регулирования полупроводникового фазоповоротного устройства при сохранении модуля фазных напряжений линии электропередачи на выходе ФПУ практически равным модулю фазных напряжений линии на входе ФПУ во всем диапазоне заданных углов регулирования. Решение позволяет регулировать модуль фазных напряжений линии на выходе ФПУ при любых углах регулирования, в том числе и нулевом, при необходимости уменьшая или увеличивая его, и тем самым стабилизировать его для потребителя при сбросах или набросах нагрузки, сохраняя его в пределах, определяемых ГОСТом (±10% от номинального значения). Технический результат достигается тем, что в полупроводниковом фазоповоротном устройстве (ФПУ), содержащем трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого включены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, трехфазный шунтовый трансформатор, первичные обмотки которого соединены по схеме звезды, низковольтные выводы заземлены, высоковольтные выводы подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ. 6 ил.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам для гибких (управляемых) линий электропередач, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях с напряжением 110…1150 кВ для регулирования потоков активной и реактивной мощности в сложных замкнутых электрических сетях, повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы путем демпфирования колебаний, возникающих во время переходных электромеханических процессов.

Известно фазоповоротное устройство (ФПУ), содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого включены в рассечку фаз A, B, C высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, трехфазный фазосдвигающий трансформатор (ФСТ) с первичными обмотками, подключенными высоковольтными выводами к фазам линии электропередачи, и низковольтными выводами, соединенными по схеме звезда и заземленными, при этом вторичные обмотки ФСТ выполнены с отпайками, к которым подключены входы трехфазного высоковольтного коммутатора, каждая фаза которого выполнена в виде механического контакторного переключателя, называемого регулятором высокого напряжения под нагрузкой (РПН), высоковольтные и низковольтные выводы которого подключены к концам первичных обмоток соответствующих фаз трехфазного сериесного трансформатора, а низковольтные выводы заземлены (E.M.Carlini, G.Manduzio, D.Bonmann. Power Flow Control on the Italian network by means of phase-shifting transformer. A2-206. Cigre 2006).

К недостаткам рассматриваемого устройства относится то, что реализованный в нем способ поперечного регулирования фазового сдвига ограничивает диапазон углов поворота фазы напряжения значением не более ±18 град. эл. Выполнение вторичной обмотки ФСТ с отпайками также ограничивает диапазон углов регулирования числом этих отпаек. При значениях угла поворота фазы, превышающих ±18 град. эл., модуль выходного напряжения ФПУ начинает существенно превышать допустимые в линии электропередачи значения. Поэтому рассмотренное ФПУ непригодно в случаях глубокого регулирования угла поворота фаз.

Другим недостатком известного устройства является использование в качестве трехфазного высоковольтного коммутатора механических контакторных переключателей (РПН): прерывание тока в контакторном переключателе сопровождается возникновением дуги на контактах, что приводит к их износу и эрозии и загрязнению масла продуктами горения дуги, что делает необходимым регулярные проверки качества масла и периодическую его замену. Кроме того, на устройстве должны быть установлены специальные механизмы, предотвращающие нежелательные последствия в случае повреждения приводного вала. Все это снижает надежность и срок службы трехфазного высоковольтного коммутатора, к тому же, переключение РПН с контакта на контакт занимает определенное время (5-6 с), т.е. происходит достаточно медленно, что обусловливает его малое быстродействие.

Известно полупроводниковое фазоповоротное устройство (ФПУ), содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого включены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, трехфазный шунтовой трансформатор, первичные обмотки которого соединены по схеме звезды, низковольтные выводы которой заземлены, высоковольтные выводы подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ, а вторичные обмотки каждой фазы выполнены в виде N гальванически развязанных секций, выводы которых подключены к входным клеммам трехфазного высоковольтного коммутатора, выполненного в виде трех цепочек, каждая из которых состоит из N последовательно соединенных однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными высоковольтными ключами в каждом плече, а концы каждой цепочки трехфазного высоковольтного коммутатора подключены к концам соответствующей первичной обмотки сериесного трансформатора, причем все секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора, однофазные полупроводниковые мостовые преобразователи выполнены на напряжение секции, к которой они подключены, а одноименные секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации (Narain G. Hingorani, Laszlo Gyngyi. Understanding Facts. Concepts and Technology of Flexible ac Transmission Systems. IEEE Press. 2000).

К недостаткам известного устройства относится то, что поперечное регулирование фазового сдвига ограничивает диапазон углов поворота фазы напряжения значением не более ±18 град. эл. При значениях угла поворота фазы, превышающих ±18 град. эл., модуль выходного напряжения ФПУ начинает существенно превышать допустимые в линии электропередачи значения. Поэтому рассмотренное ФПУ непригодно в случаях глубокого регулирования угла поворота фаз.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, состоит в снятии ограничений на величину диапазона углов регулирования полупроводникового фазоповоротного устройства при сохранении модуля фазных напряжений линии электропередачи на выходе ФПУ практически равным модулю фазных напряжений линии на входе ФПУ во всем диапазоне заданных углов регулирования. Кроме того, данное техническое решение позволяет регулировать модуль фазных напряжений линии на выходе ФПУ при любых углах регулирования, в том числе и нулевом, при необходимости уменьшая или увеличивая его, и тем самым стабилизировать его для потребителя при сбросах или набросах нагрузки, сохраняя его в пределах, определяемых ГОСТом (±10% от номинального значения).

Технический результат достигается тем, что в полупроводниковом фазоповоротном устройстве (ФПУ), содержащем трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого включены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, трехфазный шунтовой трансформатор, первичные обмотки которого соединены по схеме звезды, низковольтные выводы которой заземлены, высоковольтные выводы подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ, а вторичные обмотки каждой фазы выполнены в виде N гальванически развязанных секций, выводы которых подключены к входным клеммам трехфазного высоковольтного коммутатора, выполненного в виде трех цепочек, каждая из которых состоит из N последовательно соединенных однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными высоковольтными ключами в каждом плече, а концы каждой цепочки трехфазного высоковольтного коммутатора подключены к концам соответствующей первичной обмотки сериесного трансформатора, причем в каждой фазе трехфазного высоковольтного коммутатора N однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей выполнены на напряжение той секции, к которой они подключены, N гальванически развязанных секций вторичных обмоток каждой фазы шунтового трансформатора выполнены в виде трех групп с числом N₁ секций в 1-й группе, N₂ секций во 2-й группе и N₃ секций в 3-й группе, причем N=N₁+N₂+N₃, число секций вторичных обмоток каждой фазы шунтового трансформатора в группе N₁ равно числу секций в группе N₂ (то есть N₁=N₃), и в каждой из групп N₁, N₂, N₃ секции вторичных обмоток каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с разными коэффициентами трансформации, то есть с разным числом витков, при этом одноименные секции вторичных обмоток в группах N₁, N₂ и N₃ выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации, все N однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей в каждой из трех цепочек трехфазного высоковольтного коммутатора (также, как секции вторичных обмоток каждой фазы шунтового трансформатора), разбиты на три группы с числом N₁ преобразователей в 1-й группе, N₂ преобразователей во 2-й группе и N₃ преобразователей в 3-й группе, причем N=N₁+N₂+N₃, число преобразователей в каждой фазе трехфазного высоковольтного коммутатора в группе N₁ равно числу преобразователей в группе N₂ (то есть N₁=N₂), при этом первая цепочка, концы которой подключены к концам первичной обмотки трехфазного сериесного трансформатора третьей фазы, выполнена из N₁ преобразователей первой фазы, N₂ преобразователей второй фазы, и N₃ преобразователей третьей фазы, вторая цепочка, концы которой подключены к концам первичной обмотки трехфазного сериесного трансформатора первой фазы, выполнена из N₁ преобразователей второй фазы, N₂ преобразователей третьей фазы и N₃ преобразователей первой фазы, а третья цепочка, концы которой подключены к концам первичной обмотки трехфазного сериесного трансформатора второй фазы, выполнена из N₁ преобразователей третьей фазы, N₂ преобразователей первой фазы и N₃ преобразователей второй фазы.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная схема фазоповоротного устройства, включающая трехфазный сериесный трансформатор, трехфазный шунтовой трансформатор и трехфазный высоковольтный коммутатор;

на фиг.2 приведена функциональная схема одного из 3xN однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными высоковольтными ключами в каждом плече, на которых выполнен трехфазный высоковольтный коммутатор;

на фиг.3 приведена блок-схема подключения цепочек из последовательно соединенных N₁, N₂ и N₃ преобразователей разных фаз трехфазного высоковольтного коммутатора к первичным обмоткам трехфазного сериесного трансформатора;

на фиг.4 приведена векторная диаграмма, поясняющая принцип формирования продольно-поперечного напряжения путем векторного сложения фазных напряжений секций вторичных обмоток трехфазного шунтового трансформатора на первичных обмотках трехфазного сериесного трансформатора;

на фиг.5 представлена схема одного из вариантов реализации предлагаемого технического решения для конкретных величин N₁, N₂ и N₃ групп секций вторичных обмоток трехфазного шунтового трансформатора и, соответственно, числа преобразователей трехфазного высоковольтного коммутатора;

на фиг.6 показано выполнение в каждом плече однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей двунаправленных высоковольтных ключей в виде последовательно-соединенных пар встречно-параллельно включенных однооперационных тиристоров.

Предлагаемое полупроводниковое фазоповоротное устройство содержит трехфазный сериесный трансформатор 1, вторичные обмотки 2, 3, 4 которого подключены к клеммам 5 рассечки фазы A, 6 рассечки фазы B, 7 рассечки фазы C трехфазной высоковольтной линии 8 электропередачи со стороны входа ФПУ и к клеммам 9 рассечки фазы A, 10 рассечки фазы B, 11 рассечки фазы C трехфазной высоковольтной линии 12 электропередачи со стороны выхода ФПУ; трехфазный шунтовой трансформатор 13, первичные обмотки 14, 15, 16 которого соединены по схеме звезды, низковольтные выводы 17, 18, 19 которой заземлены, высоковольтные выводы 20, 21, 22 подключены к клеммам 5, 6, 7 рассечки фаз A. B. C высоковольтной линии 8 электропередачи со стороны входа ФПУ, а вторичные обмотки 23, 24, 25 каждой фазы выполнены в виде N гальванически развязанных секций 26, 27, 28, разбитых на три группы 29, 30, 31 с числом секций N₁, N₂ и N₃ в каждой группе соответственно; одноименные секции 26, 27, 28 вторичной обмотки 23, 24, 25 каждой фазы шунтового трансформатора 13 в группах 29, 30, 31 выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации в каждой из групп N₁, N₂ и N₃, а число N₁ секций 26, 27, 28 в группе 29 равно числу N₂ секций 26, 27, 28 в группе 30 (то есть N₁=N₂) в каждой фазе шунтового трансформатора 13; выводы 32 и 33, 34 и 35, 36 и 37 секций 26, 27, 28 вторичных обмоток 23, 24, 25 фаз A. B. C шунтового трансформатора 13 подключены к входным клеммам 38 и 39, 40 и 41, 42 и 43 соответствующих фаз A, B, C трехфазного высоковольтного коммутатора 44, каждая фаза которого выполнена в виде N однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей 45, 46, 47, также разбитых на три группы 48, 49, 50 с числом преобразователей N₁, N₂ и N₃ в каждой группе соответственно, причем вывод 51 фазы А (являющийся также выводом группы 48 этой фазы) и вывод 52 фазы С (являющийся также выводом группы 50 этой фазы) трехфазного высоковольтного коммутатора 44 подключены к концам первичной обмотки 53 фазы С сериесного трансформатора 1, вывод 54 фазы В (являющийся также выводом группы 48 этой фазы) и вывод 55 фазы А (являющийся также выводом группы 50 этой фазы) трехфазного высоковольтного коммутатора 44 подключены к концам первичной обмотки 56 фазы А сериесного трансформатора 1, а вывод 57 фазы С (являющийся также выводом группы 48 этой фазы) и вывод 58 фазы В (являющийся также выводом группы 50 этой фазы) трехфазного высоковольтного коммутатора 44 подключены к концам первичной обмотки 59 фазы В сериесного трансформатора 1; группы 48, 49, 50 каждой фазы трехфазного высоковольтного коммутатора 44 с числом N₁, N₂ и N₃ однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей 45, 46, 47 с двунаправленными полупроводниковыми высоковольтными ключами 60, 61, 62, 63 в каждой группе соответственно соединены в последовательные цепочки 64, 65, 66, причем последовательная цепочка 64 из N₁ преобразователей группы 48 фазы B, N₂ преобразователей группы 49 фазы С и N₃ преобразователей группы 50 фазы А своими выводами 54, 55 подключена к концам первичной обмотки 56 фазы А сериесного трансформатора 1; последовательная цепочка 65 из N₁ преобразователей группы 48 фазы C, N₂ преобразователей группы 49 фазы A и N₃ преобразователей группы 50 фазы В своими выводами 57, 58 подключена к концам первичной обмотки 59 фазы В сериесного трансформатора 1; последовательная цепочка 66 из N₁ преобразователей группы 48 фазы A, N₂ преобразователей группы 49 фазы B и N₃ преобразователей группы 50 фазы С своими выводами 51, 52 подключена к концам первичной обмотки 53 фазы C сериесного трансформатора 1.

Полупроводниковое фазоповоротное устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при нулевом угле регулирования все однофазные полупроводниковые мостовые преобразователи 45, 46, 47 каждой из последовательных цепочек 64, 65, 66 трехфазного высоковольтного коммутатора 44 опрокинуты, то есть в них включены два двунаправленных полупроводниковых высоковольтных ключа 60, 61 или 62, 63, соединенных последовательно; при этом все секции 26, 27, 28 вторичных обмоток 23, 24, 25 шунтового трансформатора 13 отключены от первичных обмоток 53, 56, 59 сериесного трансформатора 1, и вольтодобавочные напряжения U_dA, U_dB, U_dC на выходе ФПУ не формируются.

При подаче на систему управления (СУ) трехфазным высоковольтным коммутатором 44 сигнала от автоматической системы управления трансформаторной подстанции (АСУ ТП) или от системного оператора (СО) на работу ФПУ с ненулевым углом регулирования микропроцессор СУ в соответствии с заложенными в нем алгоритмами формирования импульсов управления, подаваемых на соответствующую пару двунаправленных полупроводниковых высоковольтных ключей 60, 63 или 61, 62 в зависимости от знака вектора вольтодобавочного напряжения (фиг.4) тех мостовых преобразователей 45, 46, 47 каждой фазы коммутатора 44, которые должны быть включены для работы ФПУ на заданной ступени регулирования (с заданным углом сдвига фазы).

Принцип работы предлагаемого полупроводникового фазоповоротного устройства поясняется векторной диаграммой на фиг.4, где

U_A, U_B, U_C - напряжение фаз A, B, C линии 8 на входе ФПУ,

U_A1, U_B1, U_C1 - напряжение фаз A1, B1, C1 линии 12 на выходе ФПУ,

U_dA, U_dB, U_dC - трехфазное вольтодобавочное напряжение на вторичных обмотках 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1,

U_AN1, U_AN2, U_AN3 - напряжение на выходе однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей 45 групп N₁, N₂, N₃ фазы A трехфазного высоковольтного коммутатора 44,

U_BN1, U_BN2, U_BN3 - напряжение на выходе преобразователей 46 групп N₁, N₂, N₃ фазы B коммутатора 44,

U_CN1, U_CN2, U_CN3 - напряжение на выходе преобразователей 47 групп N₁, N₂, N₃ фазы C коммутатора 44,

U_pA, U_pB, U_pC - поперечные составляющие вольтодобавочных напряжений U_dA, U_dB, U_dC фаз A, B, C линии 8 на входе ФПУ,

U_AN3, U_BN3, U_CN3 - продольные составляющие вольтодобавочных напряжений U_dA, U_dB, U_dC фаз A, B, C линии 8 на входе ФПУ.

Поперечные составляющие U_pA, U_pB, U_pC вольтодобавочных напряжений U_dA, U_dB, U_dC, полученные путем векторного сложения напряжений U_BN1 и U_CN2 групп N₁ и N₂ в фазе A, U_AN2 и U_CN1 групп N₂ и N₁ в фазе B, U_AN1 и U_BN2 групп N₁ и N₂ в фазе C векторно складываются с продольными составляющими U_AN3, U_BN3, U_CN3 группы N₃, формируя на вторичных обмотках 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1 трехфазное вольтодобавочное напряжение U_dA, U_dB, U_dC (фиг.4).

В каждой последовательной цепочке 64, 65, 66 трехфазного высоковольтного коммутатора 44 на каждой ступени регулирования фазового угла работает m однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей 45, 46, 47, причем в группе 48 с числом N₁ преобразователей работает m₁ преобразователей 45, в группе 49 с числом N₂ преобразователей - m₂ преобразователей 46 (где m₁=m₂=1, 2, … N₁=N₂) и в группе 50 с числом N₃ преобразователей - m₃ преобразователей 47 (где m₃=1, 2, … N₃), при этом m=m_i+m₂+m₃. Значение числа m определяет соответствующую ступень регулирования фазового угла, что позволяет получить для разных фазовых углов различные комбинации соединений секций 26, 27, 28 вторичных обмоток 23, 24, 25 каждой фазы шунтового трансформатора 13 и, тем самым, регулировать его эквивалентный коэффициент трансформации К_экв, который можно определить по формуле

где K_i - коэффициент трансформации i-й секции вторичной обмотки 26, 27, 28 шунтового трансформатора 13 в каждой из групп N₁, N₂, N₃.

Для получения фазового сдвига ±α град. эл. (фиг.4), заданного сигналом от АСУ ТП или от системного оператора (СО), микропроцессор СУ ФПУ формирует вольтодобавочные напряжения U_dA, U_dB, U_dC путем включения в последовательных цепочках 64, 65, 66 преобразователей трехфазного высоковольтного коммутатора 44 m₁ преобразователей 45, 46, 47 в группе 48 с общим числом N₁ преобразователей, m₂ преобразователей 45, 46, 47 - в группе 49 с общим числом N₂ преобразователей (где m₁=m₂=1, 2, … N₁=N₂) и m₃ преобразователей 45, 46, 47 - в группе 50 с общим числом N₃ преобразователей (где m₃=1, 2, … N₃), осуществляющих подключение соответствующих m₁ секций 26, 27, 28 группы N₁, m₂ секций 26, 27, 28 группы N₂ и m₃ секций 26, 27, 28 группы N₃ каждой вторичной обмотки 23, 24, 25 шунтового трансформатора 13 в общую цепь в одно из трех состояний:

- для формирования опережающего вектора напряжения путем включения двунаправленных ключей 61, 62 полупроводниковых преобразователей 45, 46, 47 в соответствующих последовательных цепочках 64, 65, 66 начала 32, 34, 36 обмоток 26, 27, 28 подключаются соответственно к выводам 51, 54, 57 коммутатора 44, а концы обмоток 33, 35, 37 - соответственно к выводам 55, 58, 52 коммутатора 44;

- для формирования отстающего вектора напряжения путем включения двунаправленных ключей 60, 63 полупроводниковых преобразователей 45, 46, 47 в соответствующих последовательных цепочках 64, 65, 66 начала обмоток 26, 27, 28 подключается соответственно к выводам 55, 58, 52 коммутатора 44, а концы обмоток 33, 35, 37 - соответственно к выводам 51, 54, 57 коммутатора 44;

- для формирования нулевого угла регулирования выводы 51, 54, 57 коммутатора 44 подключаются соответственно к его выводам 55, 58, 52 путем опрокидывания всех однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей 45, 46, 47 (включением двунаправленных ключей 60, 61 или 62, 63), в результате чего вторичные обмотки 23, 24, 25 шунтового трансформатора 13 отсекаются от первичных обмоток 56, 59, 53 сериесного трансформатора 1.

Величина фазового сдвига α, полученного из формулы

где К_с - коэффициент трансформации сериесного трансформатора 1, определяется числом m=m₁+m₂+m₃ задействованных в каждой фазе ФПУ полупроводниковых преобразователей 45, 46, 47, т.е. числом m=m₁+m₂+m₃ секций 26, 27, 28 вторичных обмоток 23, 24, 25 шунтового трансформатора 13, подключаемых через преобразователи 45, 46, 47 к первичным обмоткам 53, 56, 59 сериесного трансформатора 1, при этом величина числа m определяет эквивалентный коэффициент трансформации К_экв шунтового трансформатора 13 согласно формуле (1).

Рассмотрим работу одного из вариантов реализации предлагаемого устройства для N₁=N₂=N₃=2, то есть общее число N секций 26, 27, 28 вторичных обмоток 23, 24, 25 каждой фазы шунтового трансформатора 13 и мостовых преобразователей 45, 46, 47 в каждой фазе трехфазного высоковольтного коммутатора 44 равно N=N₁+N₂+N₃=6.

В блок-схеме устройства реализации, представленной на фиг.5, двунаправленные полупроводниковые высоковольтные ключи 60, 61, 62, 63 выполнены на однооперационных тиристорах, включенных встречно-параллельно в каждом плече однофазных мостовых преобразователей 45, 46, 47 трехфазного высоковольтного коммутатора 44 (фиг.6).

Так как все шесть мостовых преобразователя 45, 46, 47 трехфазного коммутатора 44 выполнены на напряжение соответствующих секций 26, 27, 28, которое превышает рабочее напряжение единичных пар встречно-параллельно соединенных тиристоров, то двунаправленные полупроводниковые высоковольтные ключи 60, 61, 62, 63 выполняются в виде нескольких (в зависимости от уровня напряжения соответствующего мостового преобразователя 45, 46, 47) последовательно включенных пар встречно-параллельно соединенных тиристоров.

В устройстве реализации в каждой фазе шунтового трансформатора 13 в группах 29 и 30 с числом N₁ и N₂ секций 26, 27, 28 вторичных обмоток 23, 24, 25 соотношение числа витков w₁:w₂ секций 26, 27, 28 составляет 1:3, что обеспечивает по 4 значения выходных напряжений U_pA, U_pB, U_pC поперечных составляющих вольтодобавочных напряжений U_dA, U_dB, U_dC в каждую сторону - для опережающего и отстающего углов поворота фазы α, то есть всего 8, не считая нулевого угла регулирования, и позволяет получить фазовый сдвиг в ±10, ±20, ±30 и ±40 эл. град. с дискретностью ±10 эл. град.

Поскольку для фазового сдвига, равного ±10 эл. град., не требуется формирование продольных составляющих U_AN3, U_BN3, U_CN3 вольтодобавочных напряжений U_dA, U_dB, U_dC, так как при этом угле модули выходных напряжений U_A1, U_B1, U_C1 не выходят за пределы номинальных значений, и ФПУ может работать с чисто поперечным регулированием, то соотношение числа витков w₁:w₂ в группе 31 с числом N₃ секций 26, 27, 28 вторичных обмоток 23, 24, 25 в каждой фазе шунтового трансформатора 13 принято равным 1:2, что обеспечивает по три значения выходных напряжений U_AN3, U_BN3, U_CN3 продольных составляющих вольтодобавочных напряжений U_dA, U_dB, U_dC в каждую сторону - для опережающего и отстающего углов поворота фазы α, то есть всего 6, не считая нулевого угла регулирования, и позволяет получить фазовый сдвиг в ±20, ±30 и ±40 эл. град. с дискретностью ±10 эл. град.

Устройство реализации по фиг.5, 6 работает следующим образом. При нулевом угле регулирования все мостовые преобразователи 45, 46, 47 во всех фазах «опрокинуты», т.е. работают тиристорные ключи 60, 61 или 62, 63, соединенные последовательно, которые шунтируют первичные обмотки 53, 56, 59 сериесного трансформатора 1. При этом включенные тиристоры работают непрерывно в течение отрезка времени, задаваемого системным оператором или в соответствии с текущим режимом работы линии электропередачи. СУ ФПУ должна генерировать ток управления тиристорами в течение всего заданного временного интервала, причем ток управления одновременно подается на все последовательные пары встречно-параллельно соединенных тиристоров работающего плеча. Тиристорные ключи 60. 61, 62, 63 всех преобразователей 45, 46, 47 трехфазного высоковольтного коммутатора 44 работают только в ключевом режиме «открыт» - «закрыт» и включаются при нулевом напряжении, то есть при переходе силового напряжения через ноль, поэтому из каждой пары встречно-параллельно соединенных тиристоров включится тот, на котором в это время есть прямое напряжение. Такой режим работы ФПУ с тиристорным коммутатором 44 является щадящим для тиристоров мостовых преобразователей 45, 46, 47, так как при включении и выключении на них воздействуют весьма малые величины скоростей нарастания напряжения dU/dt и тока dI/dt.

Аналогично тиристорные мостовые преобразователи 45, 46, 47 работают и при ненулевых углах регулирования, при этом опережающие углы регулирования формируют включенные тиристорные пары плеч 61, 62, а отстающие углы регулирования - тиристорные пары плеч 60, 63 тех m=m₁+m₂+m₃ из шести мостовых преобразователей 45, 46, 47 последовательных цепочек 59, 55, 63, которые должны работать на заданной ступени регулирования.

Кроме регулирования фазового сдвига в линии электропередачи 12 путем формирования согласно векторным диаграммам фиг.4 из поперечных U_pA, U_pB, U_pC и продольных U_AN3, U_BN3, U_CN3 составляющих необходимых значений вольтодобавочных напряжений U_dA, U_dB, U_dC на выходе ФПУ, предлагаемое техническое решение может быть использовано для стабилизации напряжения линии электропередачи 12 путем регулирования по модулю в нужных пределах значений продольных составляющих U_AN3, U_BN3, U_CN3 вольтодобавочных напряжений U_dA, U_dB, U_dC, причем стабилизации напряжения линии 12 может производиться при любом фазовом сдвиге, в том числе и нулевом.

Таким образом, в предлагаемом полупроводниковом фазоповоротном устройстве технический результат, заключающийся в снятии ограничений на величину диапазона углов регулирования полупроводникового фазоповоротного устройства при сохранении модуля фазных напряжений линии электропередачи 12 на выходе ФПУ практически равным модулю фазных напряжений линии 8 на входе ФПУ во всем диапазоне заданных углов регулирования, а также в стабилизации для потребителя значений фазных напряжений линии при любых углах регулирования, в том числе и нулевом, при сбросах или набросах нагрузки, сохраняя их в пределах, определяемых ГОСТом (±10% от номинального значения), достигается за счет разбивки N секций 26, 27, 28 вторичных обмоток 23, 24, 25 каждой фазы шунтового трансформатора 13 на три группы 29, 30, 31 с числом N₁, N₂ и N₃ секций 26, 27, 28 в них соответственно, аналогичной разбивки N мостовых преобразователей 45, 46, 47 трехфазного высоковольтного коммутатора 44 на три группы 48, 49, 50 с числом N₁, N₂ и N₃ преобразователей 45, 46, 47 в них соответственно, а также схем подключения преобразователей 45, 46, 47 групп 48, 49, 50 между собой в последовательные цепочки 55, 59, 63 и подсоединения выводов 51-52, 54-55, 57-58 цепочек 55, 59, 63 к соответствующим первичным обмоткам 53, 56, 59 трехфазного сериесного трансформатора 1.

Claims

Полупроводниковое фазоповоротное устройство (ФПУ), содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи, трехфазный шунтовой трансформатор, первичные обмотки которого соединены по схеме звезды, низковольтные выводы которой заземлены, высоковольтные выводы подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ, а вторичные обмотки каждой фазы выполнены в виде N гальванически развязанных секций, выводы которых подключены к входным клеммам трехфазного высоковольтного коммутатора, выполненного в виде трех цепочек, каждая из которых состоит из N последовательно соединенных однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными высоковольтными ключами в каждом плече, а концы каждой цепочки трехфазного высоковольтного коммутатора подключены к концам соответствующей первичной обмотки сериесного трансформатора, причем в каждой фазе трехфазного высоковольтного коммутатора N однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей выполнены на напряжение той секции, к которой они подключены, отличающееся тем, что N гальванически развязанных секций вторичных обмоткок каждой фазы шунтового трансформатора выполнены в виде трех групп с числом N₁ секций в 1-й группе, N₂ секций во 2-й группе и N₃ секций в 3-й группе, причем N=N₁+N₂+N₃, число секций вторичных обмоток каждой фазы шунтового трансформатора в группе N₁ равно числу секций в группе N₂, и в каждой из групп N₁, N₂, N₃ секции вторичных обмоток каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с разными коэффициентами трансформации, при этом одноименные секции вторичных обмоток в группах N₁, N₂ и N₃выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации, все N однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей в каждой из трех цепочек трехфазного высоковольтного коммутатора (также, как секции вторичных обмоток каждой фазы шунтового трансформатора), содержат три группы с числом N₁ преобразователей в 1-й группе, N₂ преобразователей во 2-й группе и N₃ преобразователей в 3-й группе, причем N=N₁+N₂+N₃, число преобразователей в каждой фазе трехфазного высоковольтного коммутатора в группе N₁ равно числу преобразователей в группе N₂, при этом первая цепочка, концы которой подключены к концам первичной обмотки трехфазного сериесного трансформатора третьей фазы, выполнена из N₁ преобразователей первой фазы, N₂ преобразователей второй фазы, и N₃ преобразователей третьей фазы, вторая цепочка, концы которой подключены к концам первичной обмотки трехфазного сериесного трансформатора первой фазы, выполнена из N₁ преобразователей второй фазы, N₂ преобразователей третьей фазы и N₃преобразователей первой фазы, а третья цепочка, концы которой подключены к концам первичной обмотки трехфазного сериесного трансформатора второй фазы, выполнена из N₁ преобразователей третьей фазы, N₂ преобразователей первой фазы и N₃ преобразователей второй фазы.