RU2697259C1 - Device for per-phase compensation of reactive power - Google Patents
Device for per-phase compensation of reactive power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697259C1 RU2697259C1 RU2019105614A RU2019105614A RU2697259C1 RU 2697259 C1 RU2697259 C1 RU 2697259C1 RU 2019105614 A RU2019105614 A RU 2019105614A RU 2019105614 A RU2019105614 A RU 2019105614A RU 2697259 C1 RU2697259 C1 RU 2697259C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- network
- capacitor
- compensation
- load
- Prior art date
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
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для компенсации реактивной мощности (РМ) в трехфазных электрических сетях с неравномерной нагрузкой общего назначения напряжения до 1000 В с глухозаземленной нейтралью.The invention relates to electrical engineering, and in particular to devices for reactive power compensation (PM) in three-phase electric networks with an uneven general purpose load of voltage up to 1000 V with dead-grounded neutral.
Потребление РМ при неравномерной и/или неоднородной нагрузке в трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом значительно отличается для отдельных фаз, при такой нагрузке происходит протекание тока по нулевому проводу, направление и величина которого зависит от соотношения нагрузок каждой из фаз, что приводит к протеканию по фазам сети токов нулевой и обратной последовательности, вследствие чего величина тока в нулевом проводе возрастает в разы. В зависимости от длительности максимального режима электропотребления при такой нагрузке, может произойти термическое разрушение нейтрального провода. Термическое разрушение нейтрального провода приводит к «перекосу» фазных напряжений.Consumption of PM with an uneven and / or non-uniform load in three-phase networks with a grounded neutral and a neutral wire is significantly different for individual phases, with such a load, current flows through the zero wire, the direction and magnitude of which depends on the ratio of the loads of each phase, which leads to leakage by phases of the network of currents of the zero and reverse sequence, as a result of which the current value in the neutral wire increases significantly. Depending on the duration of the maximum power consumption at such a load, thermal destruction of the neutral wire may occur. Thermal destruction of the neutral wire leads to a “distortion” of phase voltage.
Известно устройство для симметрирования и компенсации РМ [патент РФ №2229766 кл. H02J 3/18, 2002], позволяющее путем пофазного регулирования симметрирования и компенсации РМ при одновременном расширении диапазона регулирования. Для этого устройство содержит первый и второй трехфазные выключатели, при этом второй трехфазный выключатель выполнен с пофазным независимым управлением, три трехфазные батареи конденсаторов с соединением конденсаторов каждой батареи треугольником с тремя, внешними зажимами, третьи из которых подключены к фазам питающей сети, дополнительный трехфазный выключатель и три нормально замкнутых однополюсных выключателя, при этом трехфазные батареи конденсаторов первыми внешними зажимами напрямую, а вторыми внешними зажимами, через нормально замкнутые однополюсные выключатели соединены в три общие точки, которые подключены к входам контактов первого и дополнительного трехфазных выключателей, сблокированных от одновременного включения, и через контакты первого трехфазного выключателя могут быть подключены к фазам питающей сети, а через контакте дополнительного трехфазного выключателя, замкнутые между собой на выходе - к нулевому проводу питающей сети.A device for balancing and compensating for the RM is known [RF patent No. 2229766 class. H02J 3/18, 2002], which allows by phase-wise adjustment of balancing and compensation of PM while expanding the control range. For this, the device contains the first and second three-phase switches, while the second three-phase switch is made with phase-independent control, three three-phase capacitor banks with a connection of the capacitors of each battery in a triangle with three external terminals, the third of which are connected to the phases of the supply network, an additional three-phase switch and three normally closed single-pole circuit breakers, with three-phase capacitor banks directly by the first external terminals and second external terminals through the norm flax-closed single-pole circuit breakers are connected to three common points that are connected to the inputs of the contacts of the first and additional three-phase circuit breakers, which are blocked from simultaneous switching on, and through the contacts of the first three-phase circuit breaker can be connected to the phases of the mains, and through the contact of the additional three-phase circuit breaker, they are closed to each other at the output - to the zero wire of the supply network.
Недостатками данного устройства являются отсутствие системы автоматического управления, сложность регулирования емкости конденсаторных установок из-за наличия большого количества коммутационных аппаратов, отсутствие нерегулируемой (первой) ступени, отсутствие датчика выдержки времени, что не позволяет устройству оперативно реагировать на установившееся и измененное значение РМ.The disadvantages of this device are the lack of an automatic control system, the difficulty of regulating the capacitance of capacitor units due to the presence of a large number of switching devices, the absence of an unregulated (first) stage, and the absence of a time delay sensor, which does not allow the device to respond quickly to a steady and changed value of the PM.
Наиболее близким техническим решением является известная адаптивная система энергосбережения трехфазной сети [патент РФ №181451 кл. H02J 3/18, от 24.11.2017], содержащая регулятор РМ, измеритель РМ, входы которого подключаются к выходам датчиков напряжения и тока каждой из фаз сети, а выход которого подключен к соответствующему информационному входу регулятора РМ, модули контакторов, модули регулирования, первые выводы n управляемых адаптивных реактивных элементов которых подключаются к проводу нейтрали сети, а вторые выводы, которых через соответствующие модули контакторов подключаются к соответствующим линейным проводам сети, адаптивный компенсатор гармоник, входы которого подключаются к соответствующим линейным проводам сети, выход которого подключается к нейтрали сети, а информационный вывод, которого подключен к соответствующему информационному выводу регулятора РМ, датчики помех, первые выводы которых подключаются к соответствующим линейным проводам сети, вторые выводы которых подключаются к проводу нейтрали сети, а информационные выходы которых подключены к соответствующим информационным входам регулятора РМ, при этом управляющие выводы управляемых адаптивных элементов каждого из модулей управляемых адаптивных реактивных элементов соединены с соответствующими управляющими выводами регулятора РМ, введены: измеритель разности фаз, информационные входы которого подключаются к выходам соответствующих датчиков напряжения и тока, контроллер перекоса фаз, информационный вход которого подключен к выходу измерителя разности фаз, дополнительные модули регулирования, каждый из которых содержит в своем составе m управляемых адаптивных реактивных элемента, которые включаются между соответствующими линейными проводами сети, управляющие выводы которых соединены с соответствующими управляющими выводами контроллера перекоса фаз, при этом информационный вывод контроллера сдвига фаз соединен с соответствующим информационным выводом регулятора РМ. При этом адаптивность (управляемых адаптивных реактивных элементов заключается, прежде всего, в их функциональной возможности обеспечивать коммутацию реактивных элементов (косинусных конденсаторов) в момент равенства коммутируемого напряжения с остаточным напряжением на косинусных конденсаторах.The closest technical solution is the well-known adaptive energy-saving system of a three-phase network [RF patent No. 181451 class. H02J 3/18, dated 11.24.2017], containing a PM controller, a PM meter, whose inputs are connected to the outputs of the voltage and current sensors of each phase of the network, and whose output is connected to the corresponding information input of the PM controller, contactor modules, control modules, first the conclusions of n controlled adaptive reactive elements which are connected to the neutral wire of the network, and the second conclusions, which are connected through the corresponding contactor modules to the corresponding linear wires of the network, are the adaptive harmonic compensator, the inputs of which о are connected to the corresponding linear wires of the network, the output of which is connected to the neutral of the network, and the information output, which is connected to the corresponding information output of the PM regulator, interference sensors, the first conclusions of which are connected to the corresponding linear wires of the network, the second conclusions of which are connected to the neutral wire of the network, and the information outputs of which are connected to the corresponding information inputs of the RM controller, while the control outputs of the controlled adaptive elements of each of the control modules of adaptive reactive elements connected to the corresponding control terminals of the PM regulator, the following are introduced: a phase difference meter, the information inputs of which are connected to the outputs of the corresponding voltage and current sensors, a phase skew controller, the information input of which is connected to the output of the phase difference meter, additional regulation modules, each of which contains m controlled adaptive reactive elements that are connected between the corresponding linear wires of the network, yayuschie terminals which are connected to respective control terminals phase skew controller, wherein the phase shift information output controller connected to a respective data pin controller RM. In this case, adaptability (of controlled adaptive reactive elements) consists, first of all, in their functional ability to provide switching of reactive elements (cosine capacitors) at the moment of equal switching voltage with residual voltage on cosine capacitors.
Недостатком данного устройства является наличие двух взаимосвязанных контуров регулирования, что усложняет конструкцию и алгоритм компенсации РМ и устранения перекоса фаз, а также делает данное изобретение более дорогостоящим. Кроме этого отсутствие датчика выдержки времени на срабатывание не позволяет устройству реагировать на кратковременные изменения РМ, что ускоряет процесс износа коммутационных аппаратов и устройств, отсутствие нерегулируемой (первой) ступени.The disadvantage of this device is the presence of two interconnected control loops, which complicates the design and algorithm for compensating for PM and eliminating phase imbalance, and also makes this invention more expensive. In addition, the lack of a delay timer for the operation does not allow the device to respond to short-term changes in the PM, which accelerates the wear of switching devices and devices, the absence of an unregulated (first) stage.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка надежного и экономичного устройства для пофазной независимой автоматической компенсации РМ с выдержкой времени в трехфазных электрических сетях общего назначения напряжения до 1000 В с глухозаземленной нейтралью с неравномерной нагрузкой по каждой фазе сети, при одновременном обеспечении защиты от перенапряжений силовых трансформаторов.The technical task of the present invention is to develop a reliable and economical device for phase-wise independent automatic compensation of PM with time delay in three-phase general-purpose electrical networks of voltage up to 1000 V with dead-grounded neutral with uneven load on each phase of the network, while providing protection against overvoltage of power transformers.
Данная техническая задача решается за счет того, что в устройство для автоматической независимой пофазной компенсации РМ, содержащее три автоматически регулируемые конденсаторные установки с соединением по схеме звезда с нулевым проводом, подключенные между каждой фазой сети и нейтральным проводом, три регулируемых конденсатора в каждой конденсаторной установке, три трансформатора тока выводы первичной обмотки, которых подключены к соответствующим линейным проводам источника питания и нагрузки трехфазной сети, а выводы вторичной обмотки подключены к входам соответствующего блока регулирования, три пускателя электромагнитных, подключенные к трем соответствующим регулируемым конденсаторам, введены: три нерегулируемые (первые) ступени в конденсаторных установках, мощность которых рассчитана на постоянную составляющую РМ нагрузки, автоматическая система управления, выполненная с пофазным независимым управлением, состоящая из трех независимых блоков регулирования, выполненных на базе программируемых электронных контроллеров, каждый блок регулирования подключается к фазному напряжению соответствующей фазы, к своим соответствующим трансформаторам тока, измеряющим действующий ток в данной фазе, установленным в каждой фазе сети и регулируемым конденсаторам, три датчика времени срабатывания, подключенные к блокам регулирования и регулируемым конденсаторам.This technical problem is solved due to the fact that in the device for automatic independent phase-wise compensation PM, containing three automatically adjustable capacitor units with a star circuit with a neutral wire connected between each phase of the network and a neutral wire, three adjustable capacitors in each capacitor unit, three current transformers primary windings, which are connected to the corresponding linear wires of the power source and the load of the three-phase network, and the secondary coils are connected to the inputs of the corresponding control unit, three electromagnetic starters connected to three corresponding adjustable capacitors are introduced: three unregulated (first) steps in capacitor units, the power of which is designed for a constant component of the PM load, an automatic control system made with phase-wise independent control, consisting of three independent control units based on programmable electronic controllers, each sub-control unit It is connected to the phase voltage of the corresponding phase, to its respective current transformers, which measure the effective current in this phase, installed in each phase of the network and adjustable capacitors, three response time sensors connected to the control units and adjustable capacitors.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого изобретения. В состав изобретения входят следующие элементы: три конденсаторные установки 1, подключенные между каждой фазой сети и нейтральным проводом и содержащие каждая одну нерегулируемую ступень 2 и регулируемые конденсаторы 3; три независимых блока регулирования 4, три трансформатора тока 5, три пускателя электромагнитных 6, датчики времени 7, учитывающие кратковременные изменения РМ.The essence of the invention is illustrated in the drawing. In FIG. 1 presents a functional diagram of the invention. The composition of the invention includes the following elements: three capacitor units 1 connected between each phase of the network and a neutral wire and containing each one
Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.
Принцип автоматической независимой пофазной компенсации РМ заключается в целенаправленной компенсации РМ в отельной фазе сети, для этого устройство содержит подключенные к каждой фазе сети, три независимых блока регулирования 4 на базе программируемых электронных контролеров; позволяющие при возникновении несимметрии фазных напряжений в определенных фазах сети осуществлять в автоматическом режиме независимую целенаправленную компенсацию РМ этих фаз, не оказывая воздействия на остальные. Каждый блок регулирования 4 подключаемся к фазному напряжению соответствующей фазы и к своему соответствующему трансформатору тока 5, установленному в каждой фазе сети, определяющему действующий ток в данной фазе. При этом выводы первичной обмотки трансформатора тока 5 подключены к соответствующим линейным проводам источника питания и нагрузки трехфазной сети, а выводы вторичной обмотки подключены к входам соответствующего блока регулирования 4. С помощью трансформаторов тока 5 и подключения блоков регулирования первыми выводами к соответствующим линейным проводам сети, а вторыми выводами к проводу нейтрали сети на блоки регулирования поступают измеренные сигналы токов и напряжений. После замера токов и напряжений в каждой фазе сети блоки регулирования 4 определяют угол фазового сдвига между напряжениями и токами для каждой фазы сети, учитывая, что коэффициент мощности соответствует косинусу угла фазового сдвига, блоки регулирования 4 определяют текущие значения коэффициентов мощности независимо по каждой фазе сечи и сравнивают их с установленными допустимыми значениями. Если текущее значение коэффициента мощности не соответствует допустимому значению, соответствующим фазе сети блоком регулирования 4 подается сигнал с выдержкой времени к соответствующему электромагнитному пускателю 6 данной фазы, которые в отличие от аналогов на базе полупроводниковых элементов не являются мощными источниками генерации высших гармоник тока и напряжения, для увеличения или уменьшения емкости соответствующей конденсаторной установки 1 за счет регулируемого конденсатора 3 соответствующей фазы, при этом стремясь свести коэффициенты мощности фаз сети к единице. Так если текущее значение коэффициента мощности меньше допустимого значения емкость конденсаторной установки 1 с помощью соответствующего электромагнитного пускателя 6 увеличивается, если же текущее значение коэффициента мощности больше допустимого значения емкость конденсаторной установки 1 с помощью соответствующего электромагнитного пускателя 6 уменьшается. Выдержка времени на срабатывание электромагнитного пускателя 6 с помощью датчика времени 7 позволяет отстроиться от кратковременных изменений РМ, тем самым исключить работу конденсаторной установки 1 при кратковременных изменениях РМ, например, при пуске асинхронных двигателей, и увеличить коммутационный ресурс электромагнитного пускателя 6. Исходя из данных сети, где будет производиться пофазная компенсация РМ, задается мощность первой нерегулируемой ступени 2 конденсаторных установок 1, соединенных по схеме звезда с нулевым проводом. Первая нерегулируемая ступень 2 позволит не только компенсировать постоянную составляющую РМ нагрузки, но и эффективно ограничивать коммутационные перенапряжения при подключении конденсаторной установки к шинам ТП 6(10)/0,4 кВ. Ограничение коммутационных перенапряжений в свою очередь позволяет повысить надежность функционирования представленного изобретения.The principle of automatic independent phase-wise compensation of PM consists in targeted compensation of PM in the separate phase of the network, for this the device contains three independent control units 4 connected to each phase of the network based on programmable electronic controllers; allowing in case of asymmetry of phase voltages in certain phases of the network to automatically carry out independent targeted compensation of the PM of these phases in an automatic mode, without affecting the others. Each control unit 4 is connected to the phase voltage of the corresponding phase and to its corresponding
Предлагаемое техническое решение экономичное, надежное, эффективное и отличается от аналогов простым исполнением, меньшими габаритами, может заменить известные устройства для компенсации РМ и уменьшения сдвига фаз, используемые в трехфазных четырехпроводных сетях электроснабжения 0,4 кВ при неравномерной нагрузке.The proposed technical solution is economical, reliable, efficient and differs from its analogues in simple execution, smaller dimensions, can replace the known devices for compensating PM and reducing phase shift, used in three-phase four-wire 0.4 kV power supply networks under uneven load.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105614A RU2697259C1 (en) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | Device for per-phase compensation of reactive power |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105614A RU2697259C1 (en) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | Device for per-phase compensation of reactive power |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2697259C1 true RU2697259C1 (en) | 2019-08-13 |
Family
ID=67640514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019105614A RU2697259C1 (en) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | Device for per-phase compensation of reactive power |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2697259C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768366C1 (en) * | 2021-10-27 | 2022-03-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Device for balancing and compensation of reactive power |
RU2818292C1 (en) * | 2023-12-24 | 2024-05-02 | Артем Александрович Завалов | Device for independent phase-by-phase compensation of reactive power |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0260504B1 (en) * | 1986-09-09 | 1992-02-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Reactive power compensation circuit |
RU2229766C1 (en) * | 2002-10-07 | 2004-05-27 | Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина | Balancing and reactive power correction device |
WO2008141963A2 (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Abb Technology Ag | Static var compensator apparatus |
RU181451U1 (en) * | 2017-11-24 | 2018-07-16 | Дмитрий Алексеевич Малинин | ADAPTIVE THREE-PHASE NETWORK ENERGY SAVING SYSTEM |
-
2019
- 2019-02-27 RU RU2019105614A patent/RU2697259C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0260504B1 (en) * | 1986-09-09 | 1992-02-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Reactive power compensation circuit |
RU2229766C1 (en) * | 2002-10-07 | 2004-05-27 | Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина | Balancing and reactive power correction device |
WO2008141963A2 (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Abb Technology Ag | Static var compensator apparatus |
RU181451U1 (en) * | 2017-11-24 | 2018-07-16 | Дмитрий Алексеевич Малинин | ADAPTIVE THREE-PHASE NETWORK ENERGY SAVING SYSTEM |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768366C1 (en) * | 2021-10-27 | 2022-03-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Device for balancing and compensation of reactive power |
RU2818292C1 (en) * | 2023-12-24 | 2024-05-02 | Артем Александрович Завалов | Device for independent phase-by-phase compensation of reactive power |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2646843C1 (en) | Transformer with transient impedance based on electronic switch of ac voltage regulation | |
KR101152364B1 (en) | Control device for reactive power compansator of hvdc system and hvdc system having the same | |
JP5367252B2 (en) | AC voltage control method | |
CA2909782A1 (en) | Dynamic power flow controllers | |
Sharaf et al. | A novel dynamic capacitor compensator/green plug scheme for 3phase-4 wire utilization loads | |
Eltamaly et al. | Multi-control module static VAR compensation techniques for enhancement of power system quality | |
RU2697259C1 (en) | Device for per-phase compensation of reactive power | |
RU2673799C1 (en) | Device for automatic compensation of current of single phase-to-earth fault | |
RU181451U1 (en) | ADAPTIVE THREE-PHASE NETWORK ENERGY SAVING SYSTEM | |
RU2229766C1 (en) | Balancing and reactive power correction device | |
Marefatjou et al. | Compensation of single-phase and three-phase voltage sag and swell using dynamic voltage restorer | |
RU2561192C1 (en) | DEVICE OF CENTRALISED COMPENSATION OF REACTIVE POWER IN n-PHASE HIGH-VOLTAGE NETWORK | |
RU2661339C2 (en) | Electrical network parameters stabilizing device | |
RU187306U1 (en) | ENERGY SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK | |
Alsuwaidi et al. | Design and simulation of a seven taps electronic on load tap changer in 11/0.4 KV distribution transformers using a PI controller | |
JP6534527B2 (en) | Voltage imbalance suppression device | |
Sarvi et al. | Compensation of Voltage Single-Phase SAG and SWELL Using Dynamic Voltage Restorer and Difference Per-Unit Value Method | |
Bhardwaj et al. | Installation of Automatically Controlled Compensation Banks | |
Babaei et al. | A control structure for line-frequency-switched STATCOMs under system faults | |
RU2586061C2 (en) | Method and device for control of adaptive energy-saving system of n-phase network | |
RU2724118C2 (en) | Energy-saving method and device for its implementation | |
EP3637575A1 (en) | Power supply system and control device | |
RU2727148C1 (en) | Device for compensation of reactive power in high-voltage networks | |
RU2768366C1 (en) | Device for balancing and compensation of reactive power | |
Panfilov et al. | Multifunction AC voltage regulator for connecting an induction motor to alternating power supply |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201204 Effective date: 20201204 |