RU91657U1

RU91657U1 - REACTIVE POWER COMPENSATOR

Info

Publication number: RU91657U1
Application number: RU2009138283/22U
Authority: RU
Inventors: Василий Сергеевич Богачев
Original assignee: Василий Сергеевич Богачев
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2010-02-20

Abstract

1. Компенсатор реактивной мощности, содержащий датчик напряжения сети, входом подключенный к выходу источника электроэнергии, реакторный блок, конденсаторный блок, блок фильтров гармоник, отличающийся тем, что введены первый и второй блоки аналого-цифрового преобразования (первый и второй блоки АЦП), первый и второй блоки преобразования Фурье (первый и второй БПФ), блок цифровой обработки и управления, датчик тока сети, при этом блок фильтров гармоник состоит из n-фильтров гармоник, где n - число гармоник анализируемого спектра, первый блок АЦП входом подключен к выходу датчика напряжения сети, а выходом - ко входу первого БПФ, выходная шина которого соединена с соответствующей входной шиной блока цифровой обработки и управления, другая соответствующая входная шина которого подключена к выходной шине второго БПФ, вход которого подключен к выходу второго блока АЦП, вход которого подключен к соответствующему выходу датчика тока сети, вход которого подключен к выходу источника электроэнергии, а соответствующий выход - ко входам реакторного блока, конденсаторного блока, блока фильтров гармоник и выходу компенсатора реактивной мощности, который подключен к нагрузке, соответствующие выходы/входы блока цифровой обработки и управления соединены с соответствующими входами/выходами реакторного блока, конденсаторного блока и блока фильтра гармоник. ! 2. Компенсатор реактивной мощности по п.1, отличающийся тем, что реакторный блок содержит управляемый подмагничиванием реактор и управляемый выпрямитель.1. The reactive power compensator, containing a voltage sensor, connected to the output of the electric power source, a reactor block, a capacitor block, a harmonic filter block, characterized in that the first and second analog-to-digital conversion blocks (first and second ADC blocks) are introduced, the first and the second Fourier transform blocks (first and second FFT), digital processing and control unit, network current sensor, while the harmonic filter block consists of n harmonic filters, where n is the number of harmonics of the spectrum being analyzed, the first block A The CPU input is connected to the output of the network voltage sensor, and the output to the input of the first FFT, the output bus of which is connected to the corresponding input bus of the digital processing and control unit, the other corresponding input bus of which is connected to the output bus of the second FFT, the input of which is connected to the output of the second unit ADC, the input of which is connected to the corresponding output of the network current sensor, the input of which is connected to the output of the electric power source, and the corresponding output to the inputs of the reactor block, capacitor block, block f ltrov harmonics and output reactive power compensator which is connected to the load, the corresponding outputs / inputs of the block of digital processing and control are connected to respective inputs / outputs reactor unit, capacitor unit and the harmonic filter unit. ! 2. The reactive power compensator according to claim 1, characterized in that the reactor unit comprises a magnetization controlled reactor and a controlled rectifier.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системах питания и распределения электрической энергии для автоматической компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения, а также для обеспечения электромагнитной совместимости потребителей.The proposed utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in power supply and distribution of electrical energy to automatically compensate for reactive power and voltage stabilization, as well as to ensure electromagnetic compatibility of consumers.

Известна система автоматической коррекции коэффициента мощности (см. патент США US 6462519 В1, М.кл. G05F 1/70, опубл. 08.10.2002). В состав устройства входят: датчик тока сети, датчик напряжения сети, система автоматического управления, конденсаторный блок, содержащий конденсаторы различных емкостей и управляемые контакторы, обеспечивающие подключение конденсаторов к сети или их отключение. Согласно принципу действия сигналы с датчика тока сети, а также с датчика напряжения сети поступают в систему автоматического управления, где происходит их обработка, вычисление фазового сдвига, формируются сигналы управления контакторами конденсаторного блока для подключения к сети емкости необходимой величины для компенсации реактивной мощности нагрузки.A known system for the automatic correction of power factor (see US patent US 6462519 B1, Mcl G05F 1/70, publ. 08.10.2002). The structure of the device includes: a network current sensor, a network voltage sensor, an automatic control system, a capacitor unit containing capacitors of various capacities and controllable contactors that provide the connection of capacitors to the network or their disconnection. According to the principle of operation, the signals from the network current sensor, as well as from the network voltage sensor, enter the automatic control system, where they are processed, the phase shift is calculated, and the control signals of the capacitor unit contactors are formed to connect the capacitance of the required value to the network to compensate the reactive power of the load.

Рассматриваемое устройство компенсирует реактивную мощность, снижая реактивную составляющую тока первой гармоники, потребляемую из сети. При этом корректируется коэффициент мощности и стабилизируется напряжение. Система автоматического управления является цифровой, что обеспечивает высокую точность вычислений.The device under consideration compensates for reactive power, reducing the reactive component of the first harmonic current consumed from the network. In this case, the power factor is adjusted and the voltage stabilizes. The automatic control system is digital, which ensures high accuracy of calculations.

Однако система автоматической коррекции коэффициента мощности компенсирует реактивную мощность в ограниченном диапазоне и способно осуществлять компенсацию, только при индуктивном характере нагрузки. Компенсация реактивной мощности при емкостном характере нагрузки данным устройством производиться не может. Кроме этого устройство не позволяет в достаточной степени снизить реактивную мощность высших гармоник и мощность искажения при резкопеременных нелинейно-параметрических нагрузках, так как в устройстве отсутствуют средства ослабления высших гармоник тока и напряжения сети. Поэтому устройство не обеспечивает электромагнитную совместимость потребителей электроэнергии.However, the automatic power factor correction system compensates for reactive power in a limited range and can only compensate for the inductive nature of the load. Reactive power compensation with the capacitive nature of the load with this device cannot be made. In addition, the device does not allow to sufficiently reduce the reactive power of higher harmonics and the distortion power during abruptly variable nonlinear parametric loads, since the device does not have the means of attenuating higher harmonics of current and network voltage. Therefore, the device does not provide electromagnetic compatibility of electricity consumers.

Известен источник реактивной мощности (см. патент РФ №2335056, М.кл. H01J 3/18, H01F 29/14, опубл. 27.09.2008), используемый для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения. Устройство содержит датчик напряжения сети, реакторный блок, который состоит из управляемого подмагничиванием реактора и управляемого выпрямителя и подключается к сети переменного тока, конденсаторный блок, состоящий из конденсаторов с выключателями также подключенный к сети переменного тока, датчик тока реактора, систему автоматического управления. Согласно принципу действия источник реактивной мощности работает следующим образом. При индуктивной нагрузке, возникает недостаток реактивной мощности, который вызывает соответствующее снижение напряжения в сети. Сигнал с датчика напряжения сети поступает в систему автоматического управления. Получив сигнал с датчика напряжения, система автоматического управления замыкает выключатели конденсаторного блока и передает сигнал в реакторный блок на снижение тока подмагничивания. В результате реактор снижает свой ток до минимального, и сеть получает реактивную мощность от конденсаторного блока. При изменении индуктивной составляющей нагрузки в сети происходит изменение напряжения, регистрируемое датчиком напряжения, и система автоматического управления, регулируя ток подмагничивания реактора, меняет его индуктивность, компенсируя реактивную составляющую мощности, и стабилизируя, таким образом, напряжение. При емкостной нагрузке, возникает избыточная реактивная мощность. В этом случае в сети может возникнуть повышенное напряжение, для снижения которого необходима работа устройства в режиме потребления реактивной мощности. Для этого система автоматического управления на основании сигнала с датчика тока реактора размыкает выключатели конденсаторного блока и передает сигнал в реакторный блок для регулирования индуктивности реактора. При этом происходит компенсация реактивной мощности емкостной нагрузки и стабилизация напряжения сети.A known source of reactive power (see RF patent No. 2335056, M.cl. H01J 3/18, H01F 29/14, publ. 09/27/2008), used to compensate for reactive power and voltage stabilization. The device contains a network voltage sensor, a reactor block, which consists of a magnetized magnetization reactor and a controlled rectifier and is connected to an alternating current network, a capacitor block consisting of capacitors with switches also connected to an alternating current network, a reactor current sensor, and an automatic control system. According to the principle of action, the source of reactive power operates as follows. When inductive load, there is a lack of reactive power, which causes a corresponding decrease in voltage in the network. The signal from the network voltage sensor enters the automatic control system. Having received a signal from the voltage sensor, the automatic control system closes the switches of the capacitor unit and transmits a signal to the reactor unit to reduce the bias current. As a result, the reactor reduces its current to a minimum, and the network receives reactive power from the capacitor block. When the inductive component of the load changes in the network, a voltage change is recorded by the voltage sensor, and the automatic control system, regulating the magnetization current of the reactor, changes its inductance, compensating for the reactive component of the power, and thus stabilizes the voltage. With capacitive loading, excessive reactive power occurs. In this case, an increased voltage may occur in the network, to reduce which the device must operate in the mode of reactive power consumption. For this, the automatic control system, based on the signal from the reactor current sensor, opens the capacitor unit circuit breakers and transmits a signal to the reactor unit to regulate the reactor inductance. In this case, the reactive power of the capacitive load is compensated and the network voltage is stabilized.

Источник реактивной мощности, в отличие от предыдущего аналога, компенсирует реактивную мощность как индуктивной, так и емкостной нагрузки.The reactive power source, in contrast to the previous analogue, compensates for the reactive power of both inductive and capacitive loads.

Однако процесс компенсации реактивной мощности данным устройством основан на регистрации изменений уровня напряжения сети и не учитывает фазовый сдвиг между первыми гармониками тока и напряжения. При отсутствии изменений напряжения сети, когда мощность источника электроэнергии, значительно превосходит мощность нагрузки, данное устройство становится не работоспособным и не может осуществлять компенсацию реактивной мощности. Это снижает универсальность устройства и делает возможным его установку только в системах, в которых фиксируются изменения уровня напряжения сети при работе реактивных нагрузок. Система автоматического управления является аналоговой, что снижает точность регулирования и компенсации реактивной мощности. Кроме этого устройство не позволяет в достаточной степени снизить реактивную мощность высших гармоник и мощность искажения при резкопеременных нелинейно-параметрических нагрузках, так как в устройстве отсутствуют средства ослабления высших гармоник тока и напряжения сети. Поэтому устройство не может обеспечить электромагнитную совместимость потребителей.However, the process of compensating reactive power with this device is based on recording changes in the voltage level of the network and does not take into account the phase shift between the first harmonics of the current and voltage. In the absence of changes in the network voltage, when the power of the electric power source significantly exceeds the load power, this device becomes inoperative and cannot compensate for reactive power. This reduces the versatility of the device and makes it possible to install it only in systems in which changes in the voltage level of the network during reactive loads are recorded. The automatic control system is analog, which reduces the accuracy of regulation and reactive power compensation. In addition, the device does not allow to sufficiently reduce the reactive power of higher harmonics and the distortion power during abruptly variable nonlinear parametric loads, since the device does not have the means of attenuating higher harmonics of current and network voltage. Therefore, the device cannot provide electromagnetic compatibility of consumers.

Известен статический компенсатор реактивной мощности (см. патент РФ №2282912, М. кл. H01F 29/14, опубл. 27.08.2006), используемый для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения. Устройство содержит датчик напряжения сети, реакторный блок, который подключается к сети переменного тока, конденсаторный блок, состоящий из конденсаторов с выключателями также подключенный к сети переменного тока, блок фильтров гармоник, состоящий из фильтров пятой и седьмой гармоник, систему автоматического управления. Согласно принципу действия статический компенсатор реактивной мощности работает следующим образом. При индуктивной нагрузке, возникает недостаток реактивной мощности, который вызывает соответствующее снижение напряжения в сети. Сигнал с датчика напряжения сети поступает в систему автоматического управления. Выключатели конденсаторного блока замыкаются и система автоматического управления, получив сигнал с датчика напряжения, передает сигнал в реакторный блок на снижение тока подмагничивания. В результате реактор снижает свой ток до минимального, и сеть получает реактивную мощность от конденсаторного блока. При изменении индуктивной составляющей нагрузки в сети происходит изменение напряжения, регистрируемое датчиком напряжения, и система автоматического управления, регулируя ток подмагничивания реактора, меняет его индуктивность, компенсируя реактивную составляющую мощности, и стабилизируя, таким образом, напряжение. При емкостной нагрузке, возникает избыточная реактивная мощность. В этом случае в сети может возникнуть повышенное напряжение, для снижения которого необходима работа устройства в режиме потребления реактивной мощности. Для этого выключатели конденсаторного блока размыкаются (вручную), и система автоматического управления передает сигнал в реакторный блок для регулирования индуктивности реактора. При этом происходит компенсация реактивной мощности емкостной нагрузки и стабилизация напряжения сети.Known static reactive power compensator (see RF patent No. 2282912, M. class. H01F 29/14, publ. 08/27/2006) used to compensate for reactive power and voltage stabilization. The device contains a voltage sensor for the network, a reactor unit that is connected to an alternating current network, a capacitor unit consisting of capacitors with switches also connected to an alternating current network, a harmonic filter unit consisting of fifth and seventh harmonic filters, and an automatic control system. According to the principle of operation, a static reactive power compensator operates as follows. When inductive load, there is a lack of reactive power, which causes a corresponding decrease in voltage in the network. The signal from the network voltage sensor enters the automatic control system. The switches of the capacitor unit are closed and the automatic control system, having received a signal from the voltage sensor, transmits a signal to the reactor unit to reduce the bias current. As a result, the reactor reduces its current to a minimum, and the network receives reactive power from the capacitor block. When the inductive component of the load changes in the network, a voltage change is recorded by the voltage sensor, and the automatic control system, regulating the magnetization current of the reactor, changes its inductance, compensating for the reactive component of the power, and thus stabilizes the voltage. With capacitive loading, excessive reactive power occurs. In this case, an increased voltage may occur in the network, to reduce which it is necessary to operate the device in the mode of reactive power consumption. To do this, the capacitor unit switches are opened (manually), and the automatic control system transmits a signal to the reactor unit to regulate the reactor inductance. In this case, the reactive power of the capacitive load is compensated and the network voltage is stabilized.

Данный статический компенсатор реактивной мощности компенсирует реактивную мощность как индуктивной, так и емкостной нагрузки, а также содержит фильтры пятой и седьмой гармоник, что в отличие от предыдущего аналога позволяет снизить реактивную мощность высших гармоник и мощность искажения при резкопеременных нелинейно-параметрических нагрузках.This static reactive power compensator compensates for the reactive power of both inductive and capacitive loads, and also contains fifth and seventh harmonic filters, which, in contrast to the previous analogue, reduces the reactive power of higher harmonics and distortion power during abruptly variable non-linear parametric loads.

Однако процесс компенсации реактивной мощности указанным устройством основан на регистрации изменений уровня напряжения сети и не учитывает фазовый сдвиг между первыми гармониками тока и напряжения. При отсутствии изменений напряжения сети, когда мощность источника электроэнергии, значительно превосходит мощность нагрузки, данное устройство становится неработоспособным и не может осуществлять компенсацию реактивной мощности. Это снижает универсальность устройства, которое может быть установлено только в тех системах, где происходят изменения уровня напряжения сети при работе реактивных нагрузок. Подключение и отключения конденсаторных батарей, содержащихся в конденсаторном блоке, осуществляется вручную, следовательно, данное устройство не может работать в полностью автоматическом режиме. Система автоматического управления является аналоговой, что снижает точность регулирования и компенсации реактивной мощности. Следует также отметить, что содержащиеся в устройстве блок фильтров гармоник, состоящий из двух фильтров (пятой и седьмой гармоник), является не управляемым и не позволяет в достаточной степени сузить спектр потребляемого из сети тока, снизить реактивную мощность высших гармоник, и мощность искажения при резкопеременных нелинейно-параметрических нагрузках. Поэтому устройство не может обеспечить электромагнитную совместимость потребителей электроэнергии и стабилизировать напряжение сети с высокой точностью, а постоянное включение фильтров пятой и седьмой гармоник с конечной добротностью, приводит к добавочным потерям энергии.However, the process of compensating reactive power by the specified device is based on recording changes in the voltage level of the network and does not take into account the phase shift between the first harmonics of the current and voltage. In the absence of changes in the mains voltage, when the power of the electric power source significantly exceeds the load power, this device becomes inoperative and cannot compensate for reactive power. This reduces the versatility of the device, which can be installed only in those systems where changes in the voltage level of the network during reactive loads occur. The connection and disconnection of the capacitor banks contained in the capacitor unit is carried out manually, therefore, this device cannot operate in fully automatic mode. The automatic control system is analog, which reduces the accuracy of regulation and reactive power compensation. It should also be noted that the harmonic filter block contained in the device, consisting of two filters (the fifth and seventh harmonics), is not controllable and does not allow to sufficiently narrow the spectrum of current consumed from the network, reduce the reactive power of higher harmonics, and distortion power during sudden changes nonlinear parametric loads. Therefore, the device cannot provide electromagnetic compatibility of consumers of electricity and stabilize the network voltage with high accuracy, and the constant inclusion of filters of the fifth and seventh harmonics with a finite quality factor leads to additional energy losses.

Данное устройство выбрано в качестве прототипа.This device is selected as a prototype.

Достигаемым техническим результатом предлагаемой полезной модели является возможность компенсации реактивной мощности при отсутствии изменений уровня напряжения сети, сужение спектра потребляемого из сети тока при резкопеременных нелинейно-параметрических нагрузках, возможность работы устройства в полностью автоматическом режиме, повышение точности компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения, снижение добавочных потерь энергии, обеспечение электромагнитной совместимости потребителей.Achievable technical result of the proposed utility model is the ability to compensate reactive power in the absence of changes in the voltage level of the network, narrowing the spectrum of current consumed from the network during sudden alternating nonlinear parametric loads, the ability to operate the device in fully automatic mode, increasing the accuracy of reactive power compensation and voltage stabilization, reducing additional energy losses, ensuring electromagnetic compatibility of consumers.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом компенсаторе реактивной мощности, содержащем датчик напряжения сети, входом подключенный к выходу источника электроэнергии, реакторный блок, конденсаторный блок, блок фильтров гармоник, отличающемся тем, что введены первый и второй блоки аналого-цифрового преобразования (первый и второй блоки АЦП), первый и второй блоки преобразования Фурье (первый и второй БПФ), блок цифровой обработки и управления, датчик тока сети, при этом блок фильтров гармоник состоит из n-фильтров гармоник, где n - число гармоник анализируемого спектра, первый блок АЦП входом подключен к выходу датчика напряжения сети, а выходом - ко входу первого БПФ, выходная шина которого соединена с соответствующей входной шиной блока цифровой обработки и управления, другая соответствующая входная шина которого подключена к выходной шине второго БПФ, вход которого подключен к выходу второго блока АЦП, вход которого подключен к соответствующему выходу датчика тока сети, вход которого подключен к выходу источника электроэнергии, а соответствующий выход - ко входам реакторного блока, конденсаторного блока, блока фильтров гармоник и выходу компенсатора реактивной мощности, который подключен к нагрузке, соответствующие выходы/входы блока цифровой обработки и управления соединены с соответствующими входами/выходами реакторного блока, конденсаторного блока и блока фильтров гармоник.The achievement of the specified technical result is provided in the proposed reactive power compensator containing a voltage sensor, an input connected to the output of the electric power source, a reactor unit, a capacitor unit, a harmonic filter unit, characterized in that the first and second analog-to-digital conversion units are introduced (first and second ADC blocks), the first and second Fourier transform blocks (first and second FFT), a digital processing and control unit, a network current sensor, while the harmonic filter block consists of n harmonic filters, where n is the number of harmonics of the spectrum being analyzed, the first ADC block is connected to the output of the voltage sensor of the network, and the output to the input of the first FFT, the output bus of which is connected to the corresponding input bus of the digital processing and control unit, the other corresponding input bus of which connected to the output bus of the second FFT, the input of which is connected to the output of the second ADC block, the input of which is connected to the corresponding output of the network current sensor, the input of which is connected to the output of the electric power source, and accordingly the existing output is to the inputs of the reactor block, capacitor block, harmonic filter block and the output of the reactive power compensator, which is connected to the load, the corresponding outputs / inputs of the digital processing and control block are connected to the corresponding inputs / outputs of the reactor block, capacitor block, and harmonic filter block.

При этом реакторный блок может состоять из управляемого подмагничиванием реактора и управляемого выпрямителя.In this case, the reactor block may consist of a magnetically controlled reactor and a controlled rectifier.

Предлагаемый компенсатор реактивной мощности может содержать согласующие устройства, управляемые коммутаторы, устройства автоматической защиты, которые включаются внутри блоков АЦП, реакторного блока, конденсаторного блока, блока фильтров гармоник.The proposed reactive power compensator may include matching devices, controlled switches, automatic protection devices that are turned on inside the ADC blocks, the reactor block, the capacitor block, and the harmonic filter block.

Введение в предлагаемое устройство датчика тока позволяет выделить ток на выходе источника электроэнергии и в последующем вычислить фазовый сдвиг между первыми гармониками тока и напряжения для повышения точности компенсации реактивной мощности, в том числе и при отсутствии изменений напряжения сети.Introduction to the proposed device, the current sensor allows you to select the current at the output of the electric power source and subsequently calculate the phase shift between the first harmonics of the current and voltage to improve the accuracy of reactive power compensation, including in the absence of changes in the network voltage.

При этом первый и второй блоки АЦП введены для преобразования аналоговых сигналов с датчиков тока и напряжения в цифровую форму и для последующей обработки сигналов в цифровой форме, что также повышает точность компенсации реактивной мощности.In this case, the first and second ADC units are introduced for converting analog signals from current and voltage sensors to digital form and for subsequent processing of signals in digital form, which also increases the accuracy of reactive power compensation.

Наличие первого и второго БПФ позволяет вычислить амплитудные спектры тока и напряжения сети, а также начальные фазы первых гармоник тока и напряжения сети. Это позволяет осуществлять компенсацию реактивной мощности не только путем регистрации изменений уровня напряжения сети, как в прототипе, но и с учетом амплитудных спектров тока и напряжения сети, а также начальных фаз первой гармоники тока и напряжения сети.The presence of the first and second FFT makes it possible to calculate the amplitude spectra of the current and voltage of the network, as well as the initial phases of the first harmonics of the current and voltage of the network. This allows compensation of reactive power not only by recording changes in the voltage level of the network, as in the prototype, but also taking into account the amplitude spectra of the current and voltage of the network, as well as the initial phases of the first harmonic of the current and voltage of the network.

Введенный в устройство блок цифровой обработки и управления осуществляет контроль спектров тока и напряжения, контроль фазового сдвига первых гармоник напряжения и тока, производит вычисления и формирует команды управления реакторным блоком, конденсаторным блоком и блоком фильтров гармоник. Это обеспечивает возможность работы устройства в автоматическом режиме, в том числе при отсутствии изменений уровня напряжения сети, а также позволяет сузить спектр потребляемого из сети тока при резкопеременных нелинейно-параметрических нагрузках и обеспечить электромагнитную совместимость потребителей. При этом блок цифровой обработки и управления осуществляет избирательное включение фильтров гармоник, снижая добавочные потери энергии по сравнению со стационарным включением фильтров.The digital processing and control unit introduced into the device monitors the current and voltage spectra, monitors the phase shift of the first harmonics of voltage and current, performs calculations and generates control commands for the reactor unit, capacitor unit and harmonic filter unit. This provides the possibility of the device operating in automatic mode, including when there is no change in the voltage level of the network, and also allows you to narrow the spectrum of the current consumed from the network during sudden alternating nonlinear parametric loads and to ensure electromagnetic compatibility of consumers. At the same time, the digital processing and control unit selectively switches on harmonic filters, reducing additional energy losses compared to stationary switching on filters.

Таким образом, введенные в предлагаемое устройство отличия позволяют достичь технического результата.Thus, the differences introduced into the proposed device allow achieving a technical result.

Структурная схема компенсатора реактивной мощности приведена на чертеже.The structural diagram of the reactive power compensator is shown in the drawing.

Согласно чертежу выход источника 1 электроэнергии соединен с входом компенсатора 2 реактивной мощности, к которому также подключен вход датчика 3 напряжения сети, выход которого подключен ко входу первого блока 4 АЦП, выход которого соединен со входом первого 5 БПФ, выходная шина которого соединена с соответствующей входной шиной блока 6 цифровой обработки и управления, вход датчика 3 напряжения сети соединен со входом датчика 7 тока сети, соответствующий выход которого подключен ко второму блоку 8 АЦП, выход которого соединен со входом второго 9 БПФ, выходная шина которого подключена к соответствующей входной шине блока 6 цифровой обработки и управления, соответствующие входы/выходы которого, соединены с соответствующими выходами/входами реакторного блока 10, конденсаторного блока 11 и блока 12 фильтров гармоник, соответствующие входы которых соединены с соответствующим выходом датчика 7 тока сети и выходом компенсатора 2 реактивной мощности, к которому подключена нагрузка 13.According to the drawing, the output of the electric power source 1 is connected to the input of the reactive power compensator 2, to which the input of the network voltage sensor 3 is also connected, the output of which is connected to the input of the first ADC unit 4, the output of which is connected to the input of the first 5 FFT, the output bus of which is connected to the corresponding input by the bus of digital processing and control unit 6, the input of the network voltage sensor 3 is connected to the input of the network current sensor 7, the corresponding output of which is connected to the second ADC block 8, the output of which is connected to the second 9th FFT, the output bus of which is connected to the corresponding input bus of the digital processing and control unit 6, the corresponding inputs / outputs of which are connected to the corresponding outputs / inputs of the reactor unit 10, the capacitor unit 11, and the harmonic filter unit 12, the corresponding inputs of which are connected to the corresponding the output of the network current sensor 7 and the output of the reactive power compensator 2, to which the load 13 is connected.

Компенсатор 2 реактивной мощности работает следующим образом.The compensator 2 reactive power operates as follows.

Сигналы с датчика 3 напряжения сети и с датчика 7 тока сети поступают соответственно, в первый 4 и второй 8 блоки АЦП, где преобразуются в цифровые сигналы. С выходов первого 4 и второго 8 блоков АЦП цифровые сигналы подаются в первый 5 и второй 9 БПФ. В первом 5 БПФ вычисляются амплитудный спектр и начальная фаза первой гармоники напряжения сети. Во втором 9 БПФ вычисляются амплитудный спектр и начальная фаза первой гармоники тока сети. Сигналы, содержащие информацию о спектрах напряжения и тока, с выходов первого 5 и второго 9 БПФ поступают в блок 6 цифровой обработки и управления. Блок 6 цифровой обработки и управления обрабатывает информационные сигналы и формирует команды управления реакторным блоком 10, конденсаторным блоком 11 и блоком 12 фильтров гармоник.The signals from the sensor 3 of the mains voltage and from the sensor 7 of the network current are received, respectively, in the first 4 and second 8 ADC blocks, where they are converted into digital signals. From the outputs of the first 4 and second 8 ADC blocks, digital signals are fed into the first 5 and second 9 FFTs. In the first 5 FFT, the amplitude spectrum and the initial phase of the first harmonic of the mains voltage are calculated. In the second 9 FFT, the amplitude spectrum and the initial phase of the first harmonic of the network current are calculated. The signals containing information about the spectra of voltage and current from the outputs of the first 5 and second 9 FFT arrive in block 6 of digital processing and control. The digital processing and control unit 6 processes the information signals and generates control commands for the reactor unit 10, the capacitor unit 11, and the harmonic filter unit 12.

При индуктивном характере нагрузки 13, когда фазовый сдвиг между первыми гармониками напряжения и тока сети больше нуля в блоке 6 цифровой обработки и управления происходит вычисление значения расчетной емкости, необходимой для выдачи реактивной мощности и компенсации индуктивной составляющей тока сети, после чего выдаются команды в конденсаторный блок для подключения конденсаторов. Количество подключаемых конденсаторов, содержащихся в конденсаторном блоке 11, может быть любым и зависит от мощности нагрузки 13 и потребности в выдаче реактивной мощности. В процессе работы, вычисленное в блоке 6 цифровой обработки и управления значение расчетной емкости, всегда сравнивается со значением емкости, установленной в конденсаторном блоке 11, и определяется необходимое значение индуктивности реакторного блока 10 для обеспечения вычисленной ранее расчетной емкости. После этого блок 6 цифровой обработки и управления выдает команды управления выпрямителем, содержащемся в реакторном блоке 10, который изменяя свой выходной ток, обеспечивает подмагничивание реактора и установку определенного ранее значения индуктивности. Таким образом, регулируется уровень выдачи реактивной мощности конденсаторным блоком 11 и происходит компенсация реактивной мощности первой гармоники при индуктивном характере нагрузки независимо от изменений уровня напряжении в сети. При этом за счет плавного параметрического регулирования индуктивности реакторного блока 10, по мере роста потребляемой реакторным блоком 10 мощности до номинальной, выдача реактивной мощности конденсаторным блоком 11 снижается практически до нуля без необходимости дополнительных коммутаций выключателями. Следует также отметить, что подключение конденсаторов, содержащихся в конденсаторном блоке, или их отключение осуществляется автоматически и зависит от потребности в выдаче реактивной мощности.With the inductive nature of the load 13, when the phase shift between the first harmonics of the voltage and current of the network is greater than zero in the digital processing and control unit 6, the calculation of the calculated capacitance value necessary for issuing reactive power and compensating the inductive component of the current of the network occurs, after which commands are issued to the capacitor unit to connect capacitors. The number of connected capacitors contained in the capacitor unit 11 may be any and depends on the load power 13 and the need for reactive power output. In the process, the calculated capacitance value calculated in the digital processing and control unit 6 is always compared with the capacitance value set in the capacitor unit 11, and the necessary inductance value of the reactor unit 10 is determined to provide the previously calculated calculated capacitance. After that, the digital processing and control unit 6 issues control commands to the rectifier contained in the reactor unit 10, which, by changing its output current, ensures the magnetization of the reactor and the setting of the previously determined inductance value. Thus, the level of reactive power output by the capacitor unit 11 is regulated and the reactive power of the first harmonic is compensated for the inductive nature of the load regardless of changes in the voltage level in the network. Moreover, due to the smooth parametric regulation of the inductance of the reactor unit 10, as the power consumed by the reactor unit 10 grows to the nominal value, the output of reactive power by the capacitor unit 11 decreases almost to zero without the need for additional switching by switches. It should also be noted that the connection of capacitors contained in the capacitor unit, or their disconnection is carried out automatically and depends on the need for reactive power.

При емкостном характере нагрузки 13, когда фазовый сдвиг между первыми гармониками напряжения и тока сети меньше нуля в блоке 6 цифровой обработки и управления происходит вычисление необходимой индуктивности для потребления реактивной мощности и компенсации емкостной составляющей тока сети. Для этого блок 6 цифровой обработки и управления подает сигнал в конденсаторный блок 11 для отключения установленных в нем конденсаторов, после чего выдаются команды управления выпрямителем, содержащемся в реакторном блоке 10, который регулируя свой выходной ток, обеспечивает подмагничивание реактора и установку, вычисленной ранее индуктивности. При этом регулируется уровень потребляемой реакторным блоком 10 реактивной мощности и происходит компенсация реактивной мощности первой гармоники при емкостном характере нагрузки независимо от изменений уровня напряжения в сети.With the capacitive nature of the load 13, when the phase shift between the first harmonics of the voltage and current of the network is less than zero in the digital processing and control unit 6, the necessary inductance is calculated for the consumption of reactive power and compensation of the capacitive component of the network current. For this, the digital processing and control unit 6 supplies a signal to the capacitor unit 11 to turn off the capacitors installed in it, after which commands are issued to control the rectifier contained in the reactor unit 10, which, by adjusting its output current, provides magnetization of the reactor and a previously calculated inductance. In this case, the level of reactive power consumed by the reactor unit 10 is regulated and the reactive power of the first harmonic is compensated for with the capacitive nature of the load, regardless of changes in the voltage level in the network.

Помимо компенсации реактивной мощности первой гармоники компенсатор 2 реактивной мощности позволяет снизить реактивную мощность высших гармоник и мощность искажения при резкопеременных нелинейно-параметрических нагрузках, а также способствует уменьшению добавочных потерь энергии, связанных со стационарным (постоянным) включением фильтров гармоник, имеющих конечную добротность. Для этого компенсатор 2 содержит блок 12 фильтров гармоник, который управляется блоком 6 цифровой обработки и управления - избирательно. Блок 6 цифровой обработки и управления анализирует спектр тока и напряжения сети, вычисляет коэффициент гармоник тока и коэффициент гармоник напряжения и сравнивает их с предварительно заданными в блоке 6 цифровой обработки и управления коэффициентами. Если коэффициенты гармоник тока или напряжения превышают заданные коэффициенты, то определяются гармоники, имеющие максимальные амплитуды и выдаются команды в блок 12 фильтров гармоник на включение соответствующих фильтров до тех пор, пока коэффициенты гармоник тока и напряжения не будут меньше или равны заданным коэффициентам. При этом сужается спектр потребляемого из сети тока, повышается точность компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения, снижаются добавочные потери энергии, обеспечивается электромагнитная совместимость потребителей электроэнергии.In addition to compensating the reactive power of the first harmonic, the compensator of reactive power 2 reduces the reactive power of higher harmonics and the distortion power during abruptly variable nonlinear parametric loads, and also helps to reduce the additional energy losses associated with the stationary (constant) switching on of harmonic filters having a finite quality factor. For this, the compensator 2 contains a block 12 harmonic filters, which is controlled by the block 6 digital processing and control - selectively. The digital processing and control unit 6 analyzes the current and voltage network spectrum, calculates the current harmonic coefficient and voltage harmonic coefficient, and compares them with the coefficients previously set in the digital processing and control unit 6. If the harmonic coefficients of the current or voltage exceed the specified coefficients, then harmonics having maximum amplitudes are determined and commands are issued to the harmonic filter unit 12 to turn on the corresponding filters until the harmonic coefficients of the current and voltage are less than or equal to the specified coefficients. At the same time, the spectrum of current consumed from the network is narrowed, the accuracy of reactive power compensation and voltage stabilization increases, additional energy losses are reduced, and electromagnetic compatibility of electricity consumers is ensured.

Таким образом, предлагаемый компенсатор реактивной мощности работает в полностью автоматическом режиме и позволяет: компенсировать реактивную мощность при отсутствии изменений уровня напряжения сети, значительно сузить спектр потребляемого из сети тока при резкопеременных нелинейно-параметрических нагрузках, повысить точность компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения, снизить добавочные потери энергии, обеспечить электромагнитную совместимость потребителей.Thus, the proposed reactive power compensator operates in a fully automatic mode and allows you to: compensate for reactive power in the absence of changes in the voltage level of the network, significantly narrow the range of current consumed from the network during sudden alternating nonlinear parametric loads, increase the accuracy of reactive power compensation and voltage stabilization, reduce additional energy loss, ensure electromagnetic compatibility of consumers.

Рассмотрим пример выполнения блоков предлагаемого компенсатора реактивной мощности.Consider an example of execution of the blocks of the proposed reactive power compensator.

В качестве датчика 7 тока и датчика 3 напряжения в зависимости от мощности нагрузки могут использоваться датчики тока ДТТ-01…ДТТ-09 или LT 4000-S…LT 10000-S и датчики напряжения типа ДН 350Н3, ДН 324Н3, ACV.As a current sensor 7 and a voltage sensor 3, depending on the load power, current sensors DTT-01 ... DTT-09 or LT 4000-S ... LT 10000-S and voltage sensors such as DN 350N3, DN 324N3, ACV can be used.

Блоки 4 и 8 АЦП могут быть выполнены на микросхемах AD7760 фирмы «Analog Devices».Units 4 and 8 of the ADC can be performed on AD7760 chips from Analog Devices.

Блоки 5 и 9 БПФ и блок 6 цифровой обработки и управления могут быть выполнены на ПЛИС (FPGA) EP2C20…50 фирмы «Альтера».FFT blocks 5 and 9 and digital processing and control block 6 can be performed on FPGA EP2C20 ... 50 from Altera.

Реакторный блок 10 может содержать управляемый подмагничиванием реактор, управляемый выпрямитель, управляемые коммутаторы, согласующие устройства, устройства автоматической защиты или может быть выполнен аналогично прототипу.The reactor unit 10 may comprise a bias controlled reactor, a controlled rectifier, controlled switches, matching devices, automatic protection devices, or may be performed similarly to the prototype.

Конденсаторный блок 11 может содержать конденсаторы, управляемые коммутаторы, согласующие устройства, устройства автоматической защиты. При этом согласующие устройства могут содержать усилители типа SGA фирмы «Sirenza», аттенюаторы марки DAT-31R5-SN, согласующие цепи на RC-элементах, фильтры, трансформаторы фирмы «Mini-Circuits».Capacitor unit 11 may include capacitors, managed switches, matching devices, automatic protection devices. At the same time, matching devices may contain amplifiers of the SGA type from Sirenza, attenuators of the DAT-31R5-SN brand, matching circuits on RC elements, filters, and transformers from Mini-Circuits.

Блок 12 фильтров гармоник может содержать n-фильтров гармоник, которые представляют собой последовательные колебательные контуры на LC-элементах, подключаемые при помощи управляемых коммутаторов, например фирмы «Harting Electric».The harmonic filter block 12 may contain n-harmonic filters, which are sequential oscillatory circuits on LC elements, connected using controlled switches, for example, Harting Electric.

Claims

1. A reactive power compensator comprising a voltage sensor of an input connected to the output of an electric power source, a reactor unit, a capacitor unit, a harmonic filter unit, characterized in that the first and second analog-to-digital conversion units (the first and second ADC units) are introduced, the first and the second Fourier transform blocks (first and second FFT), a digital processing and control unit, a network current sensor, while the harmonic filter block consists of n-harmonic filters, where n is the number of harmonics of the spectrum being analyzed, the first block A The CPU input is connected to the output of the voltage sensor, and the output to the input of the first FFT, the output bus of which is connected to the corresponding input bus of the digital processing and control unit, the other corresponding input bus of which is connected to the output bus of the second FFT, the input of which is connected to the output of the second unit ADC, the input of which is connected to the corresponding output of the network current sensor, the input of which is connected to the output of the electric power source, and the corresponding output to the inputs of the reactor block, capacitor block, block f ltrov harmonics and output reactive power compensator which is connected to the load, the corresponding outputs / inputs of the block of digital processing and control are connected to respective inputs / outputs reactor unit, capacitor unit and the harmonic filter unit.

2. The reactive power compensator according to claim 1, characterized in that the reactor unit comprises a magnetization controlled reactor and a controlled rectifier.