RU2479907C1

RU2479907C1 - Device of reactive power compensation

Info

Publication number: RU2479907C1
Application number: RU2011134682/07A
Authority: RU
Inventors: Ринат Рамильевич Карымов; Александр Иосифович Лурье; Дамир Харунович Сафиуллин
Original assignee: Брянцев Михаил Александрович
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-04-20
Also published as: RU2011134682A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device comprises a shunting capacitor tank of static capacitors, including serially connected capacitors, one input of the tank is connected to a linear bus, and the other input - to grounding, a closing breaker connected in parallel to a part of capacitors arranged at the side of the grounded input, besides, one input of the breaker is connected on the ground potential, and a controlled shunting reactor. At the same time the ratio of capacities of the controlled shunting reactor and a part of the capacitor tank meets the following condition: Q_csr≥Q_sct, where Q_csr - controlled reactor capacity, and Q_sct - capacity of a shunting capacitor tank of static capacitors with the disconnected closing breaker. The range of reactive power variation is expanded (instead of the range from -Q_sctmax to 0, there is a range from -Q_sctmax to +Q_csr).

EFFECT: improved quality of grid voltage stabilisation and additional reduction of power losses in a grid and in a load.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока высокого напряжения, и может быть использовано на подстанциях воздушных линий передач с установленными на них шунтирующими реакторами и батареями статических конденсаторов.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to reactive power compensation devices in high voltage alternating current networks, and can be used in substations of overhead transmission lines with shunt reactors and static capacitor banks installed on them.

Известен аналог [1] - устройство компенсации реактивной мощности (источник реактивной мощности - ИРМ), содержащее шунтовую конденсаторную батарею статических конденсаторов (БСК), состоящую из последовательно включенных конденсаторов. Один ввод БСК подключен к линейной шине, а другой ввод - к заземлению. В схеме имеется замыкающий выключатель, подсоединенный параллельно конденсаторам. Недостатки устройства: отсутствие возможности плавного регулирования реактивной мощности, ограниченный диапазон изменения реактивной мощности, более сложный и менее надежный выключатель, все вводы которого находятся под высоким напряжением.A known analogue [1] is a reactive power compensation device (reactive power source - IRM) containing a shunt capacitor bank of static capacitors (BSC), consisting of series-connected capacitors. One input of the BSK is connected to the linear bus, and the other input is connected to ground. The circuit has a closing switch connected in parallel with the capacitors. The disadvantages of the device: the lack of smooth regulation of reactive power, a limited range of changes in reactive power, a more complex and less reliable switch, all inputs of which are under high voltage.

Указанные недостатки частично устранены в устройстве [2] - прототипе. Это устройство компенсации реактивной мощности содержит шунтовую конденсаторную батарею статических конденсаторов (БСК), состоящую из последовательно включенных конденсаторов. Один ввод БСК подключен к линейной шине, а другой ввод - к заземлению. В схеме имеется выключатель, подсоединенный параллельно конденсаторам, расположенным около заземленного ввода. Один ввод выключателя находится на потенциале земли, что позволяет применять более простой и надежный выключатель. Однако в прототипе сохраняются недостатки: ограниченный диапазон изменения реактивной мощности, отсутствие возможности плавного регулирования реактивной мощности.These disadvantages are partially eliminated in the device [2] - the prototype. This reactive power compensation device comprises a shunt capacitor bank of static capacitors (BSC), consisting of series-connected capacitors. One input of the BSK is connected to the linear bus, and the other input is connected to ground. The circuit has a switch connected in parallel with capacitors located near the grounded input. One input of the circuit breaker is located on the ground potential, which allows the use of a simpler and more reliable circuit breaker. However, the prototype still has disadvantages: a limited range of changes in reactive power, the lack of the possibility of smooth regulation of reactive power.

Целью настоящего изобретения является ликвидация отмеченных недостатков прототипа - увеличение функциональных возможностей за счет плавного регулирования реактивной мощности и расширения диапазона регулирования реактивной мощности ИРМ.The aim of the present invention is the elimination of the noted disadvantages of the prototype - an increase in functionality due to the smooth regulation of reactive power and the expansion of the range of regulation of reactive power of the IRM.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство компенсации реактивной мощности, содержащее шунтирующую конденсаторную батарею статических конденсаторов, состоящую из последовательно включенных конденсаторов, причем один ввод батареи подключен к линейной шине, а другой ввод - к заземлению, замыкающий выключатель, подсоединенный параллельно части конденсаторов, расположенных со стороны заземленного ввода, причем один ввод выключателя находится на потенциале земли, введен управляемый шунтирующий реактор, при этом соотношение мощностей управляемого шунтирующего реактора и указанной части батареи конденсаторов соответствует условию:This goal is achieved by the fact that in the device for reactive power compensation, containing a shunt capacitor bank of static capacitors, consisting of series-connected capacitors, with one input of the battery connected to a linear bus, and the other input to ground, a closing switch connected in parallel to part of the capacitors located from the side of the grounded input, and one input of the switch is on the ground potential, a controlled shunt reactor is introduced, while the power ratio awns controlled shunt reactor and said part of a capacitor bank corresponding to the condition:

Q_УШР≥Q_БСК,Q _CSR ≥Q _SBR

где Q_УШР - мощность управляемого шунтирующего реактора,where Q _CSR is the power of the controlled shunt reactor,

a Q_БСК - мощность шунтирующей конденсаторной батареи статических конденсаторов при отключенном замыкающем выключателе.a Q _BSK is the power of the shunt capacitor bank of static capacitors when the closing switch is off.

Предлагаемое устройство компенсации реактивной мощности источник реактивной мощности (ИРМ) поясняется чертежом. На фигуре показана высоковольтная воздушная линия, содержащая ИРМ.The proposed device for reactive power compensation source of reactive power (IRM) is illustrated in the drawing. The figure shows a high voltage overhead line containing an IRM.

К высоковольтной электрической сети 1 (110÷750 кВ) на подстанции через выключатель 2 и разъединитель 3 подключен источник реактивной мощности (ИРМ) - параллельно соединенные шунтирующая конденсаторная батарея статических конденсаторов БСК 4 и управляемый шунтирующий реактор УШР 5. БСК 4 подсоединена через выключатель 6 и разъединитель 7, а УШР 5 - через выключатель 8 и разъединитель 9. Замыкающий выключатель 10 подсоединен параллельно части конденсаторов, расположенных со стороны заземленного ввода 11, т.е. один ввод выключателя находится на потенциале земли. В схеме имеется система автоматического управления (САУ) 12, которая регулирует мощность управляемого шунтирующего реактора 5 и управляет коммутацией выключателей 2, 6, 8, и 10. При этом для информации о токах ИРМ, БСК и УШР для САУ 12 в схеме предусмотрены трансформаторы тока 13-15, а о напряжении сети - трансформатор напряжения 16.A reactive power source (IRM) is connected to the high-voltage electric network 1 (110 ÷ 750 kV) at the substation through a switch 2 and a disconnector 3 - a parallel connected shunt capacitor bank of static capacitors BSK 4 and a controllable shunt reactor USR 5. BSK 4 is connected through a switch 6 and disconnector 7, and CSR 5 through switch 8 and disconnector 9. The closing switch 10 is connected in parallel to part of the capacitors located on the side of the grounded input 11, i.e. one input of the switch is at ground potential. The circuit includes an automatic control system (ACS) 12, which regulates the power of the controlled shunt reactor 5 and controls the switching of switches 2, 6, 8, and 10. Moreover, for information about the currents of the IRM, BSK and UShR for ACS 12, current transformers are provided in the circuit 13-15, and about the mains voltage - voltage transformer 16.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При нормальной работе сети при умеренных нагрузках происходит снижение напряжения за счет падения напряжения в подводящей линии, которое фиксируется трансформатором напряжения 16, при этом САУ 12, настроенная на стабилизацию напряжения (задана уставка напряжения), снижает реактивную мощность УШР 5. За счет возрастания в токе ИРМ емкостного тока БСК 4, регистрируемого трансформаторами тока 13 и 14, происходит компенсация падения напряжения в подводящей сети. При увеличении нагрузки до максимальной САУ 12 дает команду на включение выключателю 11. При этом мощность БСК 4 возрастает до максимальной Q_{БСКмакс}, и происходит дополнительная компенсация падения напряжения. В этом случае ИРМ работает в режиме выдачи в сеть максимально возможной реактивной мощности Q_{БСКмакс}.The proposed device operates as follows. During normal operation of the network at moderate loads, the voltage decreases due to a voltage drop in the supply line, which is fixed by voltage transformer 16, while ACS 12, tuned to stabilize the voltage (voltage setting is set), reduces the reactive power of CSR 5. By increasing in current IRM capacitive current BSK 4, recorded by current transformers 13 and 14, there is compensation for the voltage drop in the supply network. When the load increases to the maximum self-propelled guns 12 gives a command to turn on the switch 11. In this case, the power of BSK 4 increases to a maximum Q _BSKmax , and additional compensation for voltage drop occurs. In this case, the IRM operates in the mode of issuing to the network the maximum possible reactive power Q _BSKmax .

В режимах минимальной нагрузки (например, в ночное время) в сети возникает увеличение напряжения из-за емкости сети на землю. При этом необходимо снизить емкостную составляющую тока ИРМ до минимальной Q_БСКмин путем отключения выключателя 10 и плавного увеличения мощности УШР 5 до максимальной Q_УШР, а при необходимости и путем отключения БСК 4 выключателем 6. В последнем случае ток ИРМ становится не емкостным, а индуктивным. В этом случае ИРМ работает в режиме приема из сети максимально возможной реактивной мощности Q_УШР.In the regimes of minimum load (for example, at night), an increase in voltage occurs in the network due to the capacity of the network to ground. In this case, it is necessary to reduce the capacitive component of the IRM current to the minimum Q _BSKmin by turning off the circuit breaker 10 and gradually increasing the power of the CSR 5 to the maximum Q _CSR , and, if necessary, by turning off the BSK 4 with the switch 6. In the latter case, the IRM current becomes inductive rather than capacitive. In this case, the IRM operates in the mode of receiving from the network the maximum possible reactive power Q _CSR .

Переход от одного рабочего режима к другому при наличии УШР 5 и САУ 12 во всем диапазоне мощности ИРМ от емкостной Q_БСКмин до индуктивной Q_УШР происходит плавно, при этом обеспечивается стабилизация напряжения сети, то есть необходимое качество электрической энергии, важное для работы электротехнического оборудования и бытовой нагрузки. Отсутствие скачков напряжения оказывается возможным при соблюдении следующего соотношения:The transition from one operating mode to another in the presence of CSR 5 and ACS 12 in the entire IRM power range from capacitive Q _BSKmin to inductive Q _CSR occurs smoothly, while stabilizing the mains voltage, that is, the necessary quality of electric energy, which is important for the operation of electrical equipment and household load. The absence of power surges is possible subject to the following ratio:

Q_УШР≥Q_БСК,Q _CSR ≥Q _SBR

Q_БСК - мощность шунтирующей БСК 4 при отключенном выключателе 10.Q _BSK - the power of the shunting BSK 4 when the switch 10 is open.

При аварийных ситуациях в ряде случаев требуется быстрый переход от режима к режиму, что обеспечивается УШР (например, управляемым подмагничиванием), имеющем необходимое быстродействие при наборе и сбросе своей мощности.In emergency situations, in some cases, a quick transition from mode to mode is required, which is ensured by a CSR (for example, controlled magnetization), which has the necessary speed when gaining and resetting its power.

Предложенный ИРМ по сравнению с аналогами и прототипом имеет увеличенные функциональные возможности за счет расширения диапазона изменения реактивной мощности (вместо диапазона от -Q_{БСКмакс} до 0 получен диапазон от -Q_{БСКмакс} до +Q_УШР). Появилась возможность не ступенчатого, а плавного изменения реактивной мощности ИРМ во всем диапазоне изменения мощности, что позволяет существенно улучшить качество стабилизации напряжения сети. При качественной стабилизации достигается дополнительное снижение потерь мощности в сети и в нагрузке.Proposed IRM in comparison with analogues and the prototype has increased functionality through expansion of the reactive power variation range (instead range from 0 to -Q _BSKmaks obtained -Q _BSKmaks range from + Q to _CSR). There was the possibility of not a stepwise, but a smooth change in the reactive power of the IRM in the entire range of power changes, which can significantly improve the quality of voltage stabilization. With high-quality stabilization, an additional reduction in power losses in the network and in the load is achieved.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Taylor C.W. Power system voltage stability. McGrau-Hill, 1994, s.212-213.1. Taylor C.W. Power system voltage stability. McGrau-Hill, 1994, s. 212-213.

2. Славин Г.А. Устройство компенсации реактивной мощности. Патент РФ №2074474, заявка: 94017982/07, 16.05.1994, опубликовано: 27.02.1997.2. Slavin G.A. Reactive power compensation device. RF patent No. 2074474, application: 94017982/07, 05.16.1994, published: 02.27.1997.

Claims

A reactive power compensation device comprising a shunt capacitor bank of static capacitors, consisting of series-connected capacitors, one input of the battery connected to the line bus and the other input to the ground, a closing switch connected in parallel to part of the capacitors located on the side of the grounded input, one the input of the switch is at the ground potential, characterized in that a controllable shunt reactor is introduced into the source of reactive power, while carrying capacity controlled shunt reactor and a portion of said capacitor bank corresponds to the condition
Q _CSR ≥Q _SBR
where Q _CSR is the power of the controlled shunt reactor,
a Q _BSK is the power of the shunt capacitor bank of static capacitors when the closing switch is off.