RU2686114C1 - Способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети - Google Patents

Способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети Download PDF

Info

Publication number
RU2686114C1
RU2686114C1 RU2018123367A RU2018123367A RU2686114C1 RU 2686114 C1 RU2686114 C1 RU 2686114C1 RU 2018123367 A RU2018123367 A RU 2018123367A RU 2018123367 A RU2018123367 A RU 2018123367A RU 2686114 C1 RU2686114 C1 RU 2686114C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltages
amplitudes
deviation
calculated
voltage
Prior art date
Application number
RU2018123367A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Маратович Матинян
Никита Андреевич Алексеев
Анатолий Викторович Антонов
Виктор Николаевич Карпов
Владимир Андреевич Падалко
Максим Валерьевич Пешков
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" filed Critical Акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы"
Priority to RU2018123367A priority Critical patent/RU2686114C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2686114C1 publication Critical patent/RU2686114C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • 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
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • 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
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Использование: в области электроэнергетики, в системах управления устройств (1), выполняющих функцию симметрирования трехфазного напряжения, например тиристорно-реакторных групп (ТРГ) статических тиристорных компенсаторов (СТК) или транзисторных преобразователей в составе СТАТКОМов. Технический результат изобретения - повышение качества электроэнергии за счет обеспечения более точной симметрии линейных напряжений. Способ заключается в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и их подаче через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор (9, 10, 11) в блок (5) управления устройства (1). По измеренным мгновенным значениям линейных напряжений сети вычисляют амплитуды Uabm, Ubcm, Ucam первых гармоник каждого из линейных напряжений, среднее значение Ucp вычисленных амплитуд и их отклонения dUabm, dUbcm; dUcam от Ucp. Используют вычисленные отклонения в качестве указанных управляющих воздействий. Дополнительно вычисляют отклонение dUcp среднего значения амплитуд первых гармоник линейных напряжений от уставки и через дополнительный пропорционально-интегральный регулятор (12) подают отклонение dUcp на блок (5). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники.
Предлагаемый способ относится к электроэнергетике и может быть использован в системах управления устройств, выполняющих функцию симметрирования трехфазного напряжения, например, тиристорно-реакторных групп (ТРГ) статических тиристорных компенсаторов (СТК) или транзисторных преобразователей в составе СТАТКОМов, которые устанавливаются в электрических сетях среднего и высокого напряжения для улучшения показателей качества электроэнергии.
Несимметрия линейных напряжений в трехфазной сети возникает из-за несимметричных нагрузок или несимметрии линейных параметров самой сети и характеризуется наличием обратной последовательности трехфазного напряжения, компенсация которой осуществляется устройством симметрирования.
Уровень техники
Известен способ компенсации несимметрии напряжений в трехфазной сети, при котором управляющие воздействия, обеспечивающие формирование компенсирующих токов обратной последовательности вырабатываются по результатам измерения линейных напряжений и токов сети, выполняемого с помощью измерительных трансформаторов напряжения (ТН) и трансформаторов тока (ТТ) соответственно [1].
Недостаток решения [1] состоит в следующем.
Известно, что при наличии высших гармоник в измеряемом напряжении (например, из-за нелинейных нагрузок) угловая погрешность трансформатора напряжения увеличивается [2]. Это объясняется, в частности, тем, что при наличии высших гармоник возрастают активные потери, приводящие к увеличению сдвига фаз между первичным и вторичным напряжением ТН. Из-за угловой погрешности ТН компенсация напряжения обратной последовательности также осуществляется с соответствующей погрешностью, снижающей качество поставляемой электроэнергии, одной из характеристик которого является величина несимметрии трехфазного напряжения [3]. Еще одним недостатком решения [1] является необходимость использования измерительных трансформаторов двух видов: ТН и ТТ.
Известен выбранный в качестве прототипа способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети, заключающийся в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и подаче их через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) в блок управления симметрирующего устройства.
В качестве симметрирующего устройства в прототипе используется СТК, а в качестве его блока управления - блок фазо-импульсного управления (ФИУ) ТРГ [4].
Функциональная схема, иллюстрирующая осуществление способа-прототипа представлена на фиг. 1.
СТК состоит из ТРГ, фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ) и системы управления (СУ) ТРГ.
В состав СУ ТРГ входят блок ФИУ, блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), первый блок преобразования (Б1), второй блок преобразования (Б2) и трехканальный ПИ-регулятор, состоящий из трех одноканальных ПИ-регуляторов (ПИ1, ПИ2 и ПИ3).
Мгновенные значения линейных напряжений uаb, ubc и uca измеряются на сборных шинах СШ1 подстанции трехфазной группой трансформаторов напряжения (ТН). Блок ФАПЧ по измеренным напряжениям определяет мгновенные значения фазы θ сетевого напряжения, которые поступают в блок Б1 и блок ФИУ. Блок Б1 по измеренным мгновенным значениям напряжения uаb, ubc и uca и фазы θ, используя известные методы расчета [5], вычисляет во вращающейся системе ортогональных координат (d-q координат) составляющие U2d и U2q напряжения прямой последовательности и составляющие U1d и U1q напряжения обратной последовательности. При этом (см. фиг. 1) составляющие U2d и U2q в общем случае не равны нулю, а в напряжении прямой последовательности присутствует только составляющая U1d, другая составляющая U1q считается тождественно равной нулю, что обеспечивается подстройкой фазы θ системы координат d-q за счет действия блока ФАПЧ.
Далее отклонение U1d-Uуcт, где Uуcт - уставка по напряжению прямой последовательности, и величины U2d и U2q поступают на входы регуляторов ПИ1, ПИ2 и ПИ3, образующих трехканальный ПИ-регулятор, управляющий токами обратной последовательности СТК.
Таким образом, в качестве управляющих воздействий в прототипе используется U2d и U2q - две ортогональные составляющие напряжения обратной последовательности и одна составляющая U1d напряжения прямой последовательности.
Выходные сигналы ПИ-регуляторов подаются на вход блока Б2, вычисляющего значения проводимостей Bab, Bbc и Вса фаз ТРГ, входящей в состав СТК. Проводимости Bab, Bbc и Вса в качестве уставок, определяющих фазовые углы включения тиристоров ТРГ, подаются на управляющие входы блока ФИУ.
Блок ФИУ по вычисленным в блоке Б2 значениям Bab, Bbc, Вса и значению фазы θ, полученному от блока ФАПЧ, вычисляет фазовые углы включения вентилей ТРГ и в соответствующие моменты формирует импульсы управления. В результате ТРГ формирует компенсирующие токи обратной последовательности, которые создают на сопротивлении Z проводов трехфазной сети падение напряжения, встречное обратной последовательности напряжений.
Как видно из вышеописанного, прототип, в отличие от аналога [1], использует измерительные трансформаторы только одного вида - ТН.
Недостаток способа-прототипа состоит в том, что в нем компенсация напряжения обратной последовательности осуществляется управляющими воздействиями U2d, U2q и U1d, зависящими от угловой погрешности ТН, и следовательно, с соответствующей остаточной несимметрией линейных напряжений, снижающей качество электроэнергии.
Сущность изобретения
Предметом изобретения является способ компенсации несимметрии напряжения трехфазной сети, заключающийся в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и их подаче через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор в блок управления симметрирующего устройства, отличающийся тем, что по измеренным мгновенным значениям линейных напряжений сети вычисляют амплитуды первых гармоник каждого из линейных напряжений, среднее значение вычисленных амплитуд и их отклонения от среднего значения, а затем используют вычисленные отклонения в качестве указанных управляющих воздействий.
Это позволяет получить технический результат, состоящий в повышении качества поставляемой электроэнергии за счет обеспечения более точной симметрии линейных напряжений.
Изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что дополнительно вычисляют отклонение указанного среднего значения амплитуд первых гармоник линейных напряжений от уставки и подают его через дополнительный пропорционально-интегральный регулятор на блок управления симметрирующего устройства.
Это позволяет дополнительно повысить качество поставляемой электроэнергии за счет уменьшения отклонения линейного напряжения от номинального значения (это отклонение также является показателем качества электроэнергии).
Осуществление изобретения с учетом его развития
На фиг. 2 представлена функциональная схема, иллюстрирующая осуществление заявляемого способа на примере симметрирующего устройства в виде статического тиристорного компенсатора.
На схеме показаны:
1 - статический тиристорный компенсатор (СТК);
2 - фильтро-компенсирующее устройство (ФКУ);
3 - тиристорно-реакторная группа (ТРГ);
4 - система управления (СУ) ТРГ.
В состав системы управления 4 входят блок 5 фазо-импульсного управления (ФИУ), блок 6 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), блоки преобразования 7 и 8, трехканальный пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор), состоящий из одноканальных ПИ-регуляторов 9, 10 и 11, также одноканальный дополнительный ПИ-регулятор 12.
Кроме того, на фиг. 2 показаны трехфазная группа 13 трансформаторов напряжения (ТН) и сборные шины 14 подстанции.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом (см. фиг. 2).
Мгновенные значения линейных напряжений uаb, ubc и uca на сборных шинах 14 измеряются группой 13 ТН. Блок 6 ФАПЧ по мгновенным значениям измеренных напряжений вычисляет мгновенные значения фазы θ сетевого напряжения, которые передаются в блок 5 ФИУ. Блок 7 по мгновенным значениям измеренных напряжений uаb, ubc и uca вычисляет амплитуды Uabm, Ubcm, Ucam первых гармоник соответствующих линейных напряжений любым известным способом (например, с помощью разложения сигнала на периоде промышленной частоты в ряд Фурье). Блок 8 вычисляет Ucp - среднее арифметическое значение трех напряжений Uabm, Ubcm, Ucam и их отклонения dUabm, dUbcm; dUcam от Ucp (dUabm = Uabm-Ucp; dUbcm = Ubcm-Ucp; dUcam = Ucam-Ucp). Вычисленные значения отклонений dUabm, dUbcm; dUcam поступают на пропорционально-интегральные регуляторы 9, 10, 11, имеющие функции постоянного ограничения выходной величины снизу и сверху, а также функцию защиты интегратора от насыщения. Для всех регуляторов 9, 10, 11 постоянное ограничение снизу равно 0, постоянное ограничение сверху соответствует Вшах - проводимости фазного реактора в тиристорно-реакторной группе 3.
Данные с выходов ПИ-регуляторов 9, 10, 11 в качестве основных составляющих Bab2, Bbc2, Вса2 задаваемых (для компенсации напряжения обратной последовательности) значений эквивалентных проводимостей соответствующих фаз тиристорно-реакторной группы 3 поступают (через сумматоры 15, 16, 17) на управляющие входы блока 5 ФИУ.
Отклонение dUcp вычисленного среднего напряжения Ucp от заданной уставки Uуcт поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора 12, имеющего функции плавающего ограничения выходной величины снизу и сверху, а также защиты интегратора от насыщения. Ограничения регулятора 12 являются переменными величинами. Ограничение сверху равно max (Bab2, Bbc2, Вса2), а снизу - min (Bab2, Bbc2, Вса2).
На выходе регулятора 12 формируется дополнительная составляющая ВДОП задаваемых значений эквивалентных проводимостей фаз ТРГ 3, суммируемая (сумматорами 15, 16, 17) с каждой основной составляющей Bab2, Bbc2, Вса2. Результаты сложения Bab, Bbc, Вса поступают на управляющие входы блока 5 ФИУ, который по ним и фазе θ известными методами [6] вычисляет моменты включения тиристорных вентилей в фазах тиристорно-реакторной группы 3 и формирует соответствующие импульсы включения.
Предлагаемый способ не подвержен влиянию угловой погрешности измерения трансформаторов напряжения 13, поскольку использует только амплитуды первых гармоник измеряемых напряжений. Это позволяет симметрирующему устройству в условиях увеличенной угловой погрешности ТН, обусловленной в частности наличием высших гармоник, устанавливать в сети режим с уменьшенным значением напряжения обратной последовательности, определяемым только погрешностью измерения амплитуд первых гармоник напряжений, и соответственно повысить качество электроэнергии.
Источники информации
1. Патент США US 4172234 H02j 3/18 оп. 23.10.1979.
2. Андреенков, А.С. Дисс. к.т.н. Исследование погрешностей трансформаторов напряжения в распределительных сетях 6-35 кВ. - Смоленск, 2016.
3. ГОСТ 32144-2013 Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения
4. Makinen, A. Asymmetrical control of utility static VAR compensator for grid voltage balancing [Electronic resource] Proceedings on Cepsi / A.S. Makinen, J. Aho, A.M. Pena. - Bankok, 2016
[www.cepsi2016bangkok.org/pdf/FP_B.1_GE_Asymmetrical%20Control%20of%20Utility%20Static%20Var%20Compensator%20for%20Grid%20Voltage%20Balancing.pdf].
5. P. Rodriquez, J. Pou, J. Bergas, J.I. Candela, R.P. Burgos, D. Boroyevich, Decoupled double synchronous reference frame PLL for power converters control, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 22, No. 2, March 2007, pp. 548-592.
6. Кочкин В.И. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий / В.И. Кочкин, О.П. Нечаев. - М.: НЦ ЭНАС, 2002. - 248 с.

Claims (2)

1. Способ компенсации несимметрии напряжения трехфазной сети, заключающийся в измерении мгновенных значений линейных напряжений сети, вычислении по результатам измерений управляющих воздействий и их подаче через трехканальный пропорционально-интегральный регулятор в блок управления симметрирующего устройства, отличающийся тем, что по измеренным мгновенным значениям линейных напряжений сети вычисляют амплитуды первых гармоник каждого из линейных напряжений, среднее значение вычисленных амплитуд и их отклонения от среднего значения, а затем используют вычисленные отклонения в качестве указанных управляющих воздействий.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют отклонение указанного среднего значения амплитуд первых гармоник линейных напряжений от уставки и подают его через дополнительный пропорционально-интегральный регулятор на блок управления симметрирующего устройства.
RU2018123367A 2018-06-27 2018-06-27 Способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети RU2686114C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123367A RU2686114C1 (ru) 2018-06-27 2018-06-27 Способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123367A RU2686114C1 (ru) 2018-06-27 2018-06-27 Способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2686114C1 true RU2686114C1 (ru) 2019-04-24

Family

ID=66314610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123367A RU2686114C1 (ru) 2018-06-27 2018-06-27 Способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686114C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110148954A (zh) * 2019-05-24 2019-08-20 青岛大学 一种基于sop的配电网控制方法
RU2791936C1 (ru) * 2022-05-06 2023-03-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ компенсации несимметрии напряжения в трёхфазной сети

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4172234A (en) * 1978-02-23 1979-10-23 Westinghouse Electric Corp. Static VAR generator compensating control circuit and method for using same
RU2157041C2 (ru) * 1998-11-25 2000-09-27 Климаш Владимир Степанович Способ управления компенсатором отклонения напряжения и реактивной мощности
EP1318588A2 (en) * 2001-11-28 2003-06-11 Abb Ab A method and a device for compensation of the comsumption of reactive power by an industrial load
RU2567747C1 (ru) * 2014-05-22 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Трехфазное симметрирующее устройство и способ управления им

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4172234A (en) * 1978-02-23 1979-10-23 Westinghouse Electric Corp. Static VAR generator compensating control circuit and method for using same
RU2157041C2 (ru) * 1998-11-25 2000-09-27 Климаш Владимир Степанович Способ управления компенсатором отклонения напряжения и реактивной мощности
EP1318588A2 (en) * 2001-11-28 2003-06-11 Abb Ab A method and a device for compensation of the comsumption of reactive power by an industrial load
RU2567747C1 (ru) * 2014-05-22 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Трехфазное симметрирующее устройство и способ управления им

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110148954A (zh) * 2019-05-24 2019-08-20 青岛大学 一种基于sop的配电网控制方法
CN110148954B (zh) * 2019-05-24 2023-05-26 青岛大学 一种基于sop的配电网控制方法
RU2791936C1 (ru) * 2022-05-06 2023-03-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ компенсации несимметрии напряжения в трёхфазной сети

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brandao et al. Centralized control of distributed single-phase inverters arbitrarily connected to three-phase four-wire microgrids
RU2663820C1 (ru) Способ и система регулирования мощности на линии для устройства комплексного регулирования перетоков мощности
Fuchs et al. Stabilization of large power systems using VSC–HVDC and model predictive control
US9893524B2 (en) Coordinated control method of generator and SVC for improving power throughput and controller thereof
US8379416B1 (en) Power conversion system and method
Hoang et al. Virtual impedance control scheme to compensate for voltage harmonics with accurate harmonic power sharing in islanded microgrids
Keyvani-Boroujeni et al. A distributed secondary control approach for inverter-dominated microgrids with application to avoiding bifurcation-triggered instabilities
WO2019130665A1 (ja) 発電システム
CN108964500B (zh) 一种可以对零序电流进行有效控制的方法
Xu et al. A novel grid-forming voltage control strategy for supplying unbalanced microgrid loads using inverter-based resources
Zhang et al. A novel control strategy for parallel-connected converters in low voltage microgrid
RU2686114C1 (ru) Способ компенсации несимметрии напряжения в трехфазной сети
Im et al. Analysis and compensation of PCC voltage variations caused by wind turbine power fluctuations
Garg et al. Voltage control and dynamic performance of power transmission system using STATCOM and its comparison with SVC
RU2524347C2 (ru) Устройство компенсации тока замыкания на землю в трехфазных электрических сетях (варианты)
Waghamare et al. Industrial purposed advance controlling strategy for SVC compensator firing system using microprocessor
Zeng et al. A new control scheme for harmonic power sharing and PCC voltage harmonics compensation based on controlling the equivalent harmonic impedance of DGs in islanded microgrids
Kotb On Stability Enhancement in AC/DC Power Systems through Multi-terminal HVDC Controllers
Ineza et al. Arctan-Based Robust Droop Control Technique for Accurate Power-Sharing in a Micro-Grid
Zhang et al. Improved quasi-PCI control strategy of inverter with unbalanced load
JP6879652B1 (ja) 自励式無効電力補償装置
KR102555182B1 (ko) 분산전원 연계형 전압제어장치의 제어방법
KR102548244B1 (ko) 분산전원 연계형 전압제어장치
Gonzatti et al. Statcom based on modified synchronous reference frame
Islam et al. Compensation of Effect of Line Parameters on Reactive Power Sharing in AC Microgrid