RU2724118C2 - Energy-saving method and device for its implementation - Google Patents

Energy-saving method and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2724118C2
RU2724118C2 RU2018104787A RU2018104787A RU2724118C2 RU 2724118 C2 RU2724118 C2 RU 2724118C2 RU 2018104787 A RU2018104787 A RU 2018104787A RU 2018104787 A RU2018104787 A RU 2018104787A RU 2724118 C2 RU2724118 C2 RU 2724118C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
group
reactive elements
reactive
switches
phase
Prior art date
Application number
RU2018104787A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018104787A3 (en
RU2018104787A (en
Inventor
Иван Михайлович Петров
Виктор Иванович Самохин
Дмитрий Викторович Самохин
Евгений Евгеньевич Бабкин
Зоя Анатольевна Рудай
Original Assignee
Иван Михайлович Петров
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 Иван Михайлович Петров filed Critical Иван Михайлович Петров
Priority to RU2018104787A priority Critical patent/RU2724118C2/en
Publication of RU2018104787A3 publication Critical patent/RU2018104787A3/ru
Publication of RU2018104787A publication Critical patent/RU2018104787A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724118C2 publication Critical patent/RU2724118C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/70—Regulating power factor; Regulating reactive current or power
    • 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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

FIELD: electrical equipment.SUBSTANCE: field of application: electrical equipment. According to the method, the reactive elements are divided into two groups according to a functional feature: the first group of reactive elements at the initial stage of control is connected between the phase conductors and the common bus, wherein the reactive elements in it are switched in accordance with the reactive power compensation algorithm, after the control process completion, the reactive elements of this group are switched on according to the "star" scheme with the isolated neutral and are switched only by the "phase skew compensation" algorithm, at that control of the second group of reactive elements connected between phase conductors and neutral is controlled only by the algorithm of reactive power compensation. Device comprises first group of reactive elements (1), first group of switches (3), contactor (6), second group of reactive elements (7), second group of switches (9), control unit (11), reactive power meter (12), phase difference meter (13), first, second and third units of sensors (14, 15, 16), control signal generator (17), switch (18).EFFECT: improved quality of current in the network due to faster operation of reactive power compensation processes and balancing of voltages under conditions of variable loads.2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам и устройствам, обеспечивающим энергосбережение за счет повышения качества электроэнергии в 3-х фазных сетях предприятия в условиях переменных нагрузок.The invention relates to electrical engineering, and in particular to methods and devices that provide energy savings by improving the quality of electricity in 3-phase enterprise networks under variable loads.

Основными направлениями энергосбережения на предприятии являются повышения качества электроэнергии путем компенсации реактивной мощности и снижение несимметрии питающих токов и напряжений сети.The main areas of energy saving at the enterprise are improving the quality of electricity by compensating reactive power and reducing the asymmetry of supply currents and network voltages.

В чисто резистивной схеме сигналы напряжения и тока находятся в фазе, изменяя полярность в один тот же момент времени в каждом цикле. В такой схеме коэффициент мощности равен единице. В цепи, имеющей реактивные нагрузки, такие как схема, имеющая емкостные или индуктивные нагрузки, может существовать разность во времени (фазовая задержка) между сигналами тока и напряжения мощности переменного тока. В частности, емкостная и/или индуктивная нагрузки поочередно сохраняют и выделяют энергию и могут изменять фазу между током и напряжением. В такой схеме коэффициент мощности может быть меньше единицы. Поскольку накопленная энергия возвращается к своему источнику и недоступна для работы при нагрузке, схема с более низким коэффициентом мощности будет получать более высокие токи для заданного количества принимаемой реальной мощности, чем схема с более высоким коэффициентом мощности. Циркуляция реактивной составляющей электрической энергии между источником переменного тока и приемником, обусловленная наличием в нем реактивных сопротивлений, приводит к потерям энергии, в том числе в проводах электрической сети предприятия. Повышенная загрузка сетей реактивным током приводит также к понижению напряжения в сети, а резкие колебания реактивной мощности - к колебаниям напряжения в сети, снижается производительность и даже нарушается работоспособность.In a purely resistive circuit, the voltage and current signals are in phase, reversing the polarity at the same instant in each cycle. In such a scheme, the power factor is unity. In a circuit having reactive loads, such as a circuit having capacitive or inductive loads, there may be a time difference (phase delay) between the current signals and the AC power voltage. In particular, capacitive and / or inductive loads alternately conserve and release energy and can change the phase between current and voltage. In such a scheme, the power factor may be less than unity. Since the stored energy returns to its source and is not available for operation under load, a circuit with a lower power factor will receive higher currents for a given amount of received real power than a circuit with a higher power factor. The circulation of the reactive component of electrical energy between the AC source and the receiver, due to the presence of reactance in it, leads to energy losses, including in the wires of the electrical network of the enterprise. Increased load of networks with reactive current also leads to a decrease in voltage in the network, and sharp fluctuations in reactive power lead to voltage fluctuations in the network, reduced productivity and even broken performance.

При нарушении симметрии («перекосе фаз») происходит недоиспользование пропускной способности трехфазных элементов сети, возникают дополнительные потери мощности в обмотках электрических машин, особенно асинхронных двигателей - даже небольшая асиметрия напряжения в единицы процентов на зажимах асинхронного двигателя приводит к значительному увеличению потерь мощности, что в свою очередь, вызывает дополнительный нагрев обмоток и снижение срока их службы, а общие потери возрастают в 1,5 раза и, соответственно, растет потребляемый ток. Еще одно отрицательное действие несимметрии напряжения выражается в возникновении дополнительной вибрации, вследствие чего сокращается срок службы отдельных деталей двигателей, в том числе и его обмоток. Однофазные электроприемники на предприятии воспринимают несимметрию напряжения как его значительное отклонения от номинального со всеми вытекающими последствиями.If symmetry is broken (“phase imbalance”), the throughput of the three-phase network elements is underutilized, additional power losses occur in the windings of electric machines, especially asynchronous motors - even a small voltage asymmetry of a few percent at the terminals of an induction motor leads to a significant increase in power losses, which in turn, it causes additional heating of the windings and a decrease in their service life, and the total losses increase by 1.5 times and, accordingly, the current consumption increases. Another negative effect of voltage unbalance is expressed in the occurrence of additional vibration, as a result of which the service life of individual engine parts, including its windings, is reduced. Single-phase electrical receivers at the enterprise perceive voltage asymmetry as its significant deviation from the nominal with all the ensuing consequences.

Из уровня техники известен (пат. US 7183752 В2 от 27.02.2007 г.) способ и устройство энергосбережения в котором обеспечивается динамическая адаптация системы энергосбережения при изменении нагрузки путем коммутации нескольких расположенных параллельно друг другу реактивных элементов. При этом для подключения реактивных элементов к рабочему напряжению их сначала подключают последовательно друг за другом к рабочему напряжению через добавочное сопротивление. Только после этого реактивные элементы подключают к рабочему напряжению без добавочного сопротивления. Это позволяет, как обеспечить автоматическую компенсацию реактивной мощности, так и защитить реактивные элементы от перенапряжений. Недостатком данного способа и устройства является отсутствие возможности системы к изменению межфазных сдвигов в 3-х фазной сети, а также потери мощности в добавочных сопротивлениях.The prior art known (US Pat. US 7183752 B2 of 02.27.2007) a method and device for energy conservation in which dynamic adaptation of the energy saving system is provided when the load changes by switching several reactive elements located parallel to each other. Moreover, to connect the reactive elements to the operating voltage, they are first connected in series with each other to the operating voltage through an additional resistance. Only after this, the reactive elements are connected to the operating voltage without additional resistance. This allows both automatic compensation of reactive power and protection of reactive elements from overvoltages. The disadvantage of this method and device is the inability of the system to change interfacial shifts in a 3-phase network, as well as power loss in additional resistances.

Известен (пат. US 8339111 В2 от 25.12. 2012 г.) компенсатор реактивной мощности, выполненный с использованием трех групп коммутируемых косинусных конденсаторов. При этом коммутация косинусных конденсаторов осуществляется управляемыми тирристорными ключами, что позволяет в значительной степени повысить быстродействие и надежность функционирования устройства. Однако в нем отсутствует функциональная возможность устранения «перекоса фаз».Known (US Pat. US 8339111 B2 dated December 25, 2012) is a reactive power compensator made using three groups of switched cosine capacitors. In this case, the switching of cosine capacitors is carried out by controlled thyristor keys, which can significantly improve the speed and reliability of the device. However, it lacks the functional ability to eliminate “phase imbalance”.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному, является способ и устройство энергосбережения (пат РФ №2229766 от 27.05.2004) в котором обеспечивается компенсация реактивной мощности и регулировка симметрирования путем управления коммутацией элементов трех пофазных батарей косинусных конденсаторов. Положительной отличительной особенностью известного способа и устройства, принятого за прототип, является также то, что в нем в качестве средства компенсации используются косинусные конденсаторы, что позволяет обеспечить минимизацию потерь в регулирующих элементах.The closest in technical essence to the claimed one is the method and device of energy conservation (RF Pat. No. 2229766 dated 05/27/2004) in which reactive power compensation and balancing adjustment are provided by controlling the switching of the elements of three phase-wise batteries of cosine capacitors. A positive distinguishing feature of the known method and device adopted for the prototype is that it uses cosine capacitors as a means of compensation, which helps to minimize losses in the regulatory elements.

Однако недостатками данного способа и устройства являются:However, the disadvantages of this method and device are:

- низкая точность компенсации реактивной мощности и симметрирования напряжений, обусловленная, прежде всего тем, что и компенсация реактивной мощности и симметрирование межфазных напряжений производятся одной и той же совокупностью ограниченного числа реактивных элементов;- low accuracy of reactive power compensation and voltage balancing, due primarily to the fact that reactive power compensation and phase-to-phase balancing are performed by the same combination of a limited number of reactive elements;

- возможность выхода из строя косинусных конденсаторов в момент подключения их к фазным проводам, при значительном перекосе фаз, когда межфазные напряжения могут возрасти в 1,5-2 раза от номинальных;- the possibility of failure of the cosine capacitors at the time of connecting them to the phase wires, with a significant phase imbalance, when the interphase voltages can increase by 1.5-2 times from the nominal;

- низкое быстродействие регулирования вследствие отсутствия системы автоматического управления.- low speed control due to the lack of an automatic control system.

Технической задачей заявленного изобретения является улучшение качества электрической энергии и повышение устойчивости функционирования за счет повышения точности компенсации реактивной мощности и несимметрии межфазных напряжений, а также обеспечения защиты реактивных элементов от перенапряжений.The technical task of the claimed invention is to improve the quality of electrical energy and increase the stability of operation by improving the accuracy of reactive power compensation and the asymmetry of interphase voltages, as well as providing protection of reactive elements from overvoltage.

1. Поставленная задача решается за счет того, что в способе энергосбережения в 3-х фазной сети с нулевым проводом, при котором осуществляют коммутацию реактивных элементов между фазными проводами, а также между фазными проводами и нейтралью, реактивные элементы разделяют по функциональному признаку на две группы - первая группа реактивных элементов на начальном этапе регулирования включается между фазными проводами и общей шиной, при этом реактивные элементы в ней коммутируются в соответствии с алгоритмом компенсации реактивной мощности, после завершения процесса регулирования реактивные элементы этой группы включаются по схеме «звезда» с изолированной нейтралью и коммутируются только по алгоритму компенсации «перекоса фаз», при этом включается регулирование второй группы реактивных элементов, подключенных между фазными проводами и нейтралью, только по алгоритму компенсации реактивной мощности.1. The problem is solved due to the fact that in the method of energy conservation in a 3-phase network with a zero wire, in which reactive elements are switched between phase wires, as well as between phase wires and neutral, the reactive elements are divided into two groups according to the functional attribute - the first group of reactive elements at the initial stage of regulation is connected between the phase wires and the common bus, while the reactive elements in it are switched in accordance with the reactive power compensation algorithm, after completion of the regulation process, the reactive elements of this group are switched on according to the star circuit with isolated neutral and they are switched only by the “phase imbalance” compensation algorithm, while the regulation of the second group of reactive elements connected between the phase wires and the neutral is turned on only by the reactive power compensation algorithm.

2. Поставленная задача решается за счет того, что в устройство энергосбережения в 3-х фазной сети с нулевым проводом, содержащее первую группу реактивных элементов, первые выводы которых подключены к соответствующим фазным проводам 3-х фазной сети, первую группу коммутаторов, первые выводы которых подключены ко вторым выводам соответствующих из первой группы реактивных элементов, вторую группу реактивных элементов, вторую группу коммутаторов, первые выводы которых подключены к первым выводам соответствующих из второй группы реактивных элементов, контактор, первый вывод которого подключен к проводу нейтрали, введены блок регулирования, мултиплексор, измеритель реактивной мощности, информационный выход которого подключен к первому входу переключателя, измеритель разности фаз, информационный выход которого подключен ко второму входу переключателя, первый, второй и третий блоки датчиков, которые включены между соответствующими фазными проводами и нагрузкой, а информационные выходы которых, подключены к соответствующим информационным входам измерителя реактивной мощности и измерителя разности фаз, формирователь управляющего сигнала, выход которого подключен к управляющему входу контактора, первая группа выходов блока регулирования, подключена к входам управления соответствующих из первой группы коммутаторов,, вторая группа выходов блока регулирования подключена к управляющим входам соответствующих из коммутаторов второй группы, выход переключения режима блока управления соединен с управляющими входами переключателя и формирователя управляющего напряжения, первый и второй выходы переключателя соединены с соответственно со с первым и вторым информационными входами блока управления, вторые выводы первой группы коммутаторов объединены и подключены ко второму входу контактора, вторые выводы второй группы реактивных элементов подключены к соответствующим фазным проводам 3-х фазной сети, вторые выводы второй группы коммутаторов объединены и подключены к проводу нейтрали, каждый из коммутаторов первой группы коммутаторов выполнен в виде совокупности из n единичных коммутаторов, каждый из коммутаторов второй группы коммутаторов выполнен в виде совокупности из m единичных коммутаторов, каждый из реактивных элементов первой группы реактивных элементов выполнен в виде совокупности n единичных реактивных элементов, каждый из реактивных элементов второй группы реактивных элементов выполнен в виде совокупности m единичных реактивных элементов, при этом каждый из единичных реактивных элементов первой и второй групп реактивных элементов содержат итеративный трансформатор, начала первичных и вторичных обмоток которого являются соответственно первым и вторым выводом единичного реактивного элемента, а также косинусный конденсатор, который включен между концами первичной и вторичной обмоток итеративного трансформатора, где n>1 и m>1.2. The problem is solved due to the fact that the energy-saving device in a 3-phase network with a zero wire contains the first group of reactive elements, the first conclusions of which are connected to the corresponding phase wires of the 3-phase network, the first group of switches, the first conclusions of which connected to the second conclusions of the corresponding from the first group of reactive elements, the second group of reactive elements, the second group of switches, the first conclusions of which are connected to the first conclusions of the corresponding from the second group of reactive elements, a contactor, the first output of which is connected to the neutral wire, a control unit, a multiplexer, a reactive power meter, the information output of which is connected to the first input of the switch, a phase difference meter, the information output of which is connected to the second input of the switch, the first, second and third blocks of sensors that are connected between the corresponding phase wires and the load, and the information outputs of which, connected to the corresponding information inputs of the reactive power meter and phase difference meter, the driver of the control signal, the output of which is connected to the control input of the contactor, the first group of outputs of the control unit is connected to the control inputs of the corresponding from the first group of switches, the second group of outputs of the control unit is connected to the control the inputs of the corresponding from the switches of the second group, the switching output of the control unit mode is connected to the control inputs of the switch and the driver of the control voltage, the first and second outputs of the switch are connected to respectively the first and second information inputs of the control unit, the second outputs of the first group of switches are combined and connected to the second the contactor input, the second terminals of the second group of reactive elements are connected to the corresponding phase wires of the 3-phase network, the second terminals of the second group of switches are combined and connected to the neutral wire, each of the switches of the first group of switches is made in the form of a set of n unit switches, each of the switches of the second group of switches is made in the form of a set of m unit switches, each of the reactive elements of the first group of reactive elements is made in the form of a set of n unit reactive elements, each of the reactive elements the second group of reactive elements is made in the form of a set of m single reactive elements, each of the single reactive elements of the first and second groups of reactive elements contain an iterative transformer, the beginnings of the primary and secondary windings of which are the first and second output of the single reactive element, as well as the cosine capacitor which is connected between the ends of the primary and secondary windings of an iterative transformer, where n> 1 and m> 1.

Технический результат в заявленном способе и устройстве энергосбережения заключается улучшении качества тока в сети за счет: повышения быстродействия процессов компенсации реактивной мощности и симметрирования напряжений в условиях переменных нагрузок; уменьшения перегрузок реактивных элементов и элементов коммутации по причине снижения зарядно-разрядных токов и, как следствие, повышение надежности функционирования устройства энергосбережения. В отличие от способа и устройства, использованных в качестве прототипа, в предложенном изобретении процессы регулирования компенсации реактивной мощности и симметрирования являются слабо коррелированными, так как выполняются двумя фактически автономными контурами, что также повышает быстродействие и точность регулирования, и как следствие - повышение качества тока в сети и улучшение параметров энергосбережения.The technical result in the claimed method and device for energy conservation is to improve the quality of the current in the network due to: increase the speed of reactive power compensation and voltage balancing under variable loads; reducing overloads of reactive elements and switching elements due to a decrease in charge-discharge currents and, as a result, improving the reliability of the energy-saving device. In contrast to the method and device used as a prototype, in the proposed invention, the processes for regulating reactive power compensation and balancing are weakly correlated, since they are performed by two actually autonomous circuits, which also improves the speed and accuracy of regulation, and as a result, improves the quality of current in Networks and improved energy saving options.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения. Связи, указанные между функциональными блоками, в общем случае являются многоканальными, для обеспечения алгоритма функционирования отраженного в формуле и описании изобретения. Питание функциональных блоков может осуществляться от внешнего источника бесперебойного питания, который на чертежах не показан.The invention is illustrated by drawings, which do not cover and, moreover, do not limit the entire scope of the claims of this technical solution, but are only illustrative materials of a particular case of execution. The relations indicated between the functional blocks are generally multichannel in order to ensure the functioning algorithm reflected in the claims and the description of the invention. The power of the functional blocks can be carried out from an external uninterruptible power supply, which is not shown in the drawings.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства энергосбережения, являющаяся одним из возможных вариантов реализации предложенного способа энергосбережения.In FIG. 1 shows a functional diagram of an energy saving device, which is one of the possible options for implementing the proposed method of energy saving.

реактивные элементы разделяют по функциональному признаку на две группы - первая группа реактивных элементов на начальном этапе регулирования включается между фазными проводами и общей шиной, при этом реактивные элементы в ней коммутируются в соответствии с алгоритмом компенсации реактивной мощности, после завершения процесса регулирования реактивные элементы этой группы включаются по схеме «звезда» с изолированной нейтралью и коммутируются только по алгоритму компенсации «перекоса фаз», при этом включается регулирование второй группы реактивных элементов, подключенных между фазными проводами и нейтралью, только по алгоритму компенсации реактивной мощности.reactive elements are divided by functional feature into two groups - at the initial stage of regulation, the first group of reactive elements is connected between the phase wires and the common bus, while the reactive elements in it are switched in accordance with the reactive power compensation algorithm, after completion of the regulation process, the reactive elements of this group are turned on according to the "star" scheme with isolated neutral and are switched only according to the "phase imbalance" compensation algorithm, while the regulation of the second group of reactive elements connected between the phase wires and the neutral is switched on only according to the reactive power compensation algorithm.

На фиг. 2 приведена принципиальная схема реализации единичного реактивного элемента из первой группы реактивных элементов 1 и второй группы реактивных элементов 7. Единичный реактивный элемент содержит итеративный трансформатор 19 и косинусный конденсатор 20.In FIG. 2 is a schematic diagram of the implementation of a single reactive element from the first group of reactive elements 1 and the second group of reactive elements 7. The single reactive element contains an iterative transformer 19 and a cosine capacitor 20.

На фиг. 3 приведена принципиальная схема единичного коммутатора из первой группы коммутаторов 3 и второй группы коммутаторов 9. Единичный коммутатор содержит силовой семистор 21, первый резистор 22, второй резистор 23 и оптронный семистор 24.In FIG. 3 is a schematic diagram of a single switch from the first group of switches 3 and the second group of switches 9. The single switch contains a power heistor 21, a first resistor 22, a second resistor 23, and an optocouple semistor 24.

На фиг. 4 приведена структурная схема возможной реализации первой группы реактивных элементов 1 и первой группы коммутаторов 3. Каждый из реактивных элементов 2 первой группы реактивных элементов 1 выполнен в виде совокупности из n единичных реактивных элементов 21-2n. Каждый из коммутаторов 4 первой группы коммутаторов 3 выполнен в виде совокупности из n единичных коммутаторов 41-4n. Реализация второй группы реактивных элементов 7 и второй группы коммутаторов аналогична, отличие заключается только в числе единичных элементов, которое равно m, а также подключению вторых выводов непосредственно к нейтрали.In FIG. 4 is a structural diagram of the possible implementation of the first group of reactive elements 1 and the first group of switches 3. Each of the reactive elements 2 of the first group of reactive elements 1 is made in the form of a combination of n single reactive elements 2 1 -2n. Each of the switches 4 of the first group of switches 3 is made in the form of a combination of n unit switches 4 1 -4n. The implementation of the second group of reactive elements 7 and the second group of switches is similar, the difference is only in the number of single elements, which is equal to m, as well as connecting the second conclusions directly to the neutral.

Устройство энергосбережения работает следующим образом.The power saving device operates as follows.

В исходном состоянии все единичные коммутаторы 21-2n первой группы коммутаторов 1 и единичные коммутаторы 101-10m второй группы коммутаторов 9 выключены (разомкнуты), а контактор 6 включен (замкнут). При включении питания модулей устройства энергосбережения, измеритель реактивной мощности 12 и измеритель разности фаз 13 по сигналам с, первого второго и третьего блока датчиков 14, 15, 16 формируют информацию о величине реактивной мощности в каждой из фаз и величине межфазового сдвига, которая поступает на первый второй информационные входы блока переключателя 18. На начальном этапе переключатель 18 обеспечивает подачу сигнала с измерителя реактивной мощности 12 на второй вход блока управления 11 в соответствии с которым блок регулирования 11 формирует управляющие сигналы на последовательное включение единичных реактивных элементов 21-2n из первой группы реактивных элементов 1 по алгоритму уменьшения значения реактивной мощности в каждой из фаз. При этом на первом информационном входе блока управления 11 управляющий сигнал отсутствует. После того как с блока управления 11 будут выданы команды на включение единичных реактивных элементов 21-2n в каждом из реактивных элементов 2 первой группы реактивных элементов 1, по сигналу с выхода переключения режима блока управления 11, включается контактор 6 при этом реактивные элементы 2 первой группы реактивных элементов 1 отключаются от провода «нейтрали» и включаются по схеме «звезда». Контактор 6 может быть выполнен в виде электромеханического контактора и должен иметь большее время включения, чем единичные коммутаторы первой группы коммутаторов 3. Такая последовательность включения реактивных элементов 2 первой группы реактивных элементов 1 (сначала по схеме «фазных», а затем «межфазных») позволяет значительно снизить перенапряжения, как на них, так и на элементах коммутаторов 4 первой группы коммутаторов 3 и повысить надежность функционирования устройства энергосбережения.In the initial state, all the unit switches 2 1 -2n of the first group of switches 1 and the unit switches 10 1 -10m of the second group of switches 9 are turned off (open), and the contactor 6 is turned on (closed). When you turn on the power of the modules of the energy saving device, the reactive power meter 12 and the phase difference meter 13 according to the signals from the first second and third block of sensors 14, 15, 16 generate information about the magnitude of the reactive power in each phase and the magnitude of the interphase shift that is applied to the first the second information inputs of the switch unit 18. At the initial stage, the switch 18 provides a signal from the reactive power meter 12 to the second input of the control unit 11 in accordance with which the control unit 11 generates control signals for the sequential switching of single reactive elements 2 1 -2n from the first reactive group elements 1 according to the algorithm for reducing the value of reactive power in each phase. In this case, at the first information input of the control unit 11, the control signal is absent. After commands are issued from the control unit 11 to turn on the single reactive elements 2 1 -2n in each of the reactive elements 2 of the first group of reactive elements 1, the signal from the switching output of the control unit 11 mode activates the contactor 6, while the reactive elements 2 of the first groups of reactive elements 1 are disconnected from the neutral wire and switched on according to the star circuit. The contactor 6 can be made in the form of an electromechanical contactor and should have a longer turn-on time than single switches of the first group of switches 3. This sequence of switching on the reactive elements 2 of the first group of reactive elements 1 (first according to the “phase” and then “interphase” circuit) significantly reduce overvoltage, both on them and on the elements of the switches 4 of the first group of switches 3 and to increase the reliability of the energy-saving device.

Сигнал с выхода переключения режима поступает также на управляющий вход переключателя 18, который обеспечивает подачу сигнала с выхода измерителя реактивной мощности 12 на первый информационный вход блока управления 11, а сигнала с измерителя разности фаз 13 - на второй информационный вход блока управления 11. При этом блок регулирования 11 изменяет алгоритм управления с одноконтурного на двухконтурный - коммутация единичных реактивных элементов 21-2n первой группы реактивных элементов 1 производится по информационным сигналам с выхода измерителя разности фаз 13, а коммутация единичных реактивных элементов 81-8m второй группы реактивных элементов 7 производится по информационным сигналам с измерителя реактивной мощности 12. Это позволяет обеспечить повышение точности компенсации реактивной мощности и симметрирования фаз, и, как следствие - повышение качества электрической энергии на предприятии.The signal from the mode switching output also goes to the control input of the switch 18, which provides a signal from the output of the reactive power meter 12 to the first information input of the control unit 11, and the signal from the phase difference meter 13 to the second information input of the control unit 11. control 11 changes the control algorithm from single-circuit to double-circuit - switching of single reactive elements 2 1 -2n of the first group of reactive elements 1 is performed by information signals from the output of the phase difference meter 13, and switching of single reactive elements 8 1 -8m of the second group of reactive elements 7 is performed by information signals from the reactive power meter 12. This allows to increase the accuracy of reactive power compensation and phase balancing, and, as a result, to improve the quality of electric energy in the enterprise.

Включение итеративных трансформаторов 19 (фиг. 2) позволяет обеспечить дополнительную защиту косинусных конденсаторов 20 от перегрузок по зарядно-разрядным токам. Кроме того, итеративный трансформатор 19 является также элементом обеспечивающим компенсацию реактивной мощности и сдвига фаз, что позволят обеспечить более эффективное решение поставленной задачи. Реализация итеративного трансформатора 19 может быть выполнена в соответствии решениями, предложенными в Патенте США №7573253 от 11.08.2009.The inclusion of iterative transformers 19 (Fig. 2) allows for additional protection of the cosine capacitors 20 from overloads on charge-discharge currents. In addition, the iterative transformer 19 is also an element providing compensation for reactive power and phase shift, which will provide a more efficient solution to the problem. The implementation of the iterative transformer 19 can be performed in accordance with the solutions proposed in US Patent No. 7573253 of 08/11/2009.

Единичные коммутаторы 41-4n первой группы коммутаторов 3 и единичные коммутаторы 101-10m второй группы коммутаторов 9 (фиг. 4) выполнены на силовом семисторе 21, включаемом оптронным семистором 24. При этом первый резистор 22, второй резистор 23 и оптронный семистор 24 образуют управляемый делитель напряжения, задающий необходимый режим функционирования силового семистора 21.Single switches 4 1 -4n of the first group of switches 3 and single switches 10 1 -10m of the second group of switches 9 (Fig. 4) are made on the power heistor 21, which is turned on by the optocoupler semistor 24. In this case, the first resistor 22, the second resistor 23 and the optocoupler semistor 24 form a controlled voltage divider that sets the required mode of operation of the power heistor 21.

Формирователь управляющего сигнала 17 обеспечивает формирование необходимого напряжения для включения контактора 7. В простейшем случае он может быть выполнен в виде усилителя мощности управляющего сигнала поступающего из блока управления 11.The driver of the control signal 17 provides the formation of the necessary voltage to turn on the contactor 7. In the simplest case, it can be made in the form of a power amplifier of the control signal coming from the control unit 11.

Блок управления 11, формирователь управляющего сигнала 17 и переключатель 19 могут быть выполнены на базе единого контроллера.The control unit 11, the driver of the control signal 17 and the switch 19 can be performed on the basis of a single controller.

Claims (2)

1. Способ энергосбережения в 3-фазной сети с нулевым проводом, при котором осуществляют коммутацию реактивных элементов между фазными проводами, а также между фазными проводами и нейтралью, отличающийся тем, что реактивные элементы разделяют по функциональному признаку на две группы - первая группа реактивных элементов на начальном этапе регулирования включается между фазными проводами и общей шиной, при этом реактивные элементы в ней коммутируются в соответствии с алгоритмом компенсации реактивной мощности, после завершения процесса регулирования реактивные элементы этой группы включаются по схеме «звезда» с изолированной нейтралью и коммутируются только по алгоритму компенсации «перекоса фаз», при этом включается регулирование второй группы реактивных элементов, подключенных между фазными проводами и нейтралью, только по алгоритму компенсации реактивной мощности.1. A method of energy conservation in a 3-phase network with a zero wire, in which reactive elements are switched between phase wires, as well as between phase wires and neutral, characterized in that the reactive elements are divided into two groups according to the functional attribute - the first group of reactive elements the initial stage of regulation is connected between the phase wires and the common bus, while the reactive elements in it are switched in accordance with the reactive power compensation algorithm, after completion of the regulation process, the reactive elements of this group are switched on according to the "star" circuit with isolated neutral and are switched only according to the compensation algorithm " phase imbalance ”, in this case the regulation of the second group of reactive elements connected between the phase wires and the neutral is turned on, only according to the reactive power compensation algorithm. 2. Устройство энергосбережения в 3-фазной сети с нулевым проводом, содержащее первую группу реактивных элементов, первые выводы которых подключены к соответствующим фазным проводам 3-фазной сети, первую группу коммутаторов, первые выводы которых подключены ко вторым выводам соответствующих из первой группы реактивных элементов, вторую группу реактивных элементов, вторую группу коммутаторов, первые выводы которых подключены к первым выводам соответствующих из второй группы реактивных элементов, контактор, первый вывод которого подключен к проводу нейтрали, отличающееся тем, что с целью улучшения качества электрической энергии и повышения надежности функционирования в него введены блок регулирования, переключатель, измеритель реактивной мощности, информационный выход которого подключен к первому входу переключателя, измеритель разности фаз, информационный выход которого подключен ко второму входу переключателя, первый, второй и третий блоки датчиков, которые включены между соответствующими фазными проводами и нагрузкой, а информационные выходы которых подключены к соответствующим информационным входам измерителя реактивной мощности и измерителя разности фаз, формирователь управляющего сигнала, выход которого подключен к управляющему входу контактора, первая группа выходов блока регулирования подключена к входам управления соответствующих из первой группы коммутаторов, вторая группа выходов блока регулирования подключена к управляющим входам соответствующих из коммутаторов второй группы, выход переключения режима блока управления соединен с управляющими входами переключателя и формирователя управляющего напряжения, первый и второй выходы переключателя соединены с соответственно первым и вторым информационными входами блока управления, вторые выводы первой группы коммутаторов объединены и подключены ко второму входу контактора, вторые выводы второй группы реактивных элементов подключены к соответствующим фазным проводам 3-фазной сети, вторые выводы второй группы коммутаторов объединены и подключены к проводу нейтрали, каждый из коммутаторов первой группы коммутаторов выполнен в виде совокупности из n единичных коммутаторов, каждый из коммутаторов второй группы коммутаторов выполнен в виде совокупности из m единичных коммутаторов, каждый из реактивных элементов первой группы реактивных элементов выполнен в виде совокупности n единичных реактивных элементов, каждый из реактивных элементов второй группы реактивных элементов выполнен в виде совокупности m единичных реактивных элементов, при этом каждый из единичных реактивных элементов первой и второй групп реактивных элементов содержат итеративный трансформатор, начала первичных и вторичных обмоток которого являются соответственно первым и вторым выводом единичного реактивного элемента, а также косинусный конденсатор, который включен между концами первичной и вторичной обмоток итеративного трансформатора, где n>1 и m>1.2. An energy-saving device in a 3-phase network with a zero wire, containing the first group of reactive elements, the first conclusions of which are connected to the corresponding phase wires of the 3-phase network, the first group of switches, the first conclusions of which are connected to the second conclusions of the corresponding from the first group of reactive elements, a second group of reactive elements, a second group of switches, the first terminals of which are connected to the first terminals of the corresponding from the second group of reactive elements, a contactor, the first terminal of which is connected to the neutral wire, characterized in that in order to improve the quality of electric energy and increase the reliability of operation a control unit, a switch, a reactive power meter, the information output of which is connected to the first input of the switch, a phase difference meter, the information output of which is connected to the second input of the switch, the first, second and third sensor blocks that are connected between the respective phase wires and load, and the information outputs of which are connected to the corresponding information inputs of the reactive power meter and phase difference meter, a control signal generator, the output of which is connected to the control input of the contactor, the first group of outputs of the control unit is connected to the control inputs of the corresponding from the first group of switches, the second group of outputs of the control unit is connected to the control inputs of the corresponding switches of the second group, the mode switching output of the control unit is connected to the control inputs of the switch and the driver of the control voltage, the first and second outputs of the switch are connected to the first and second information inputs of the control unit, respectively, the second conclusions of the first group switches are combined and connected to the second input of the contactor, the second conclusions of the second group of reactive elements are connected to the corresponding phase wires of the 3-phase network, the second conclusions of the second group of commutator tori are combined and connected to a neutral wire, each of the switches of the first group of switches is made in the form of a set of n single switches, each of the switches of the second group of switches is made in the form of a set of m single switches, each of the reactive elements of the first group of reactive elements is made in the form of n single reactive elements, each of the reactive elements of the second group of reactive elements is made in the form of a set of m single reactive elements, each of the single reactive elements of the first and second groups of reactive elements contain an iterative transformer, the beginnings of the primary and secondary windings of which are the first and second the output of a single reactive element, as well as a cosine capacitor, which is connected between the ends of the primary and secondary windings of an iterative transformer, where n> 1 and m> 1.
RU2018104787A 2018-02-08 2018-02-08 Energy-saving method and device for its implementation RU2724118C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104787A RU2724118C2 (en) 2018-02-08 2018-02-08 Energy-saving method and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104787A RU2724118C2 (en) 2018-02-08 2018-02-08 Energy-saving method and device for its implementation

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018104787A3 RU2018104787A3 (en) 2019-08-08
RU2018104787A RU2018104787A (en) 2019-08-08
RU2724118C2 true RU2724118C2 (en) 2020-06-22

Family

ID=67586342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018104787A RU2724118C2 (en) 2018-02-08 2018-02-08 Energy-saving method and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724118C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1718325A1 (en) * 1988-05-25 1992-03-07 Тольяттинский политехнический институт Three-phase device for stepwise regulation, compensation and balancing
RU2229766C1 (en) * 2002-10-07 2004-05-27 Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина Balancing and reactive power correction device
US7183752B2 (en) * 2003-07-30 2007-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Connection method for a static VAR compensator
US8339111B2 (en) * 2009-03-18 2012-12-25 Mitsubishi Electric Corporation Reactive power compensator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1718325A1 (en) * 1988-05-25 1992-03-07 Тольяттинский политехнический институт Three-phase device for stepwise regulation, compensation and balancing
RU2229766C1 (en) * 2002-10-07 2004-05-27 Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина Balancing and reactive power correction device
US7183752B2 (en) * 2003-07-30 2007-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Connection method for a static VAR compensator
US8339111B2 (en) * 2009-03-18 2012-12-25 Mitsubishi Electric Corporation Reactive power compensator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018104787A3 (en) 2019-08-08
RU2018104787A (en) 2019-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2664558C2 (en) Unified power flow controller for double-circuit line
JP5986111B2 (en) Multi-phase distribution network load balancer
Gwon et al. Mitigation of voltage unbalance by using static load transfer switch in bipolar low voltage DC distribution system
CN104198807A (en) Intelligent electric meter capable of automatically balancing three-phase loads
WO2003098771A1 (en) Dynamic series voltage compensator with current sharing static switch
RU187306U1 (en) ENERGY SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK
EP2062347A1 (en) Method and device for reducing the influence of a dc component in a load current of an asynchronous three-phase motor
RU2724118C2 (en) Energy-saving method and device for its implementation
RU2711587C1 (en) Method of controlling transformer voltage under load and device for its implementation
RU181451U1 (en) ADAPTIVE THREE-PHASE NETWORK ENERGY SAVING SYSTEM
US11201558B2 (en) Operating circuit for coupling a synchronous machine with a voltage network and method for operating it
CN107332260B (en) Three-phase commutation system for improving stability of power system
CN108206526B (en) Capacitor switching partition control method and device
RU2697259C1 (en) Device for per-phase compensation of reactive power
RU2467448C1 (en) Capacitor plant for automatic compensation of reactive power
WO2021243425A1 (en) Start-up system for cascaded modular power converters
US11368022B2 (en) Device and method for controlling a load flow in an alternating-voltage network
RU2657010C1 (en) Asynchronous electric drive
KR100435620B1 (en) Linear 3 phases 4 wires reactive power compensator
RU162639U1 (en) LOAD SYMMETRATION DEVICE
RU2609890C2 (en) Method and device for reducing power losses
RU2722689C1 (en) Autonomous asynchronous generator control device
RU2743251C1 (en) Ac voltage regulator in three-phase network
RU210337U1 (en) LOAD BALING DEVICE
RU2809339C1 (en) Method of connecting dc and ac generators for parallel operation