SI26436A - Naprava za izravnavo faznih obremenitev za večfazno distribucijsko elektroenergetsko omrežje - Google Patents

Abstract

Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) za večfazno omrežje za distribucijo električne energije, ki obsega fazni vhod (102), ki je nastavljen tako, da se napaja iz zgornjega dela večfaznega omrežja za distribucijo električne energije z množico izmeničnih napetosti, ki imajo začetne fazne kote z vnaprej določenim medsebojnim faznim zamikom, vsaj en fazni sukalnik (110a, 110b, 110c) ki je nastavljen za vrtenje faznega kota vsaj ene izmed izmeničnih napetosti iz začetnega faznega kota s preklopnim faznim kotom, ki je enak vnaprej določenemu faznemu kotu, fazni izhod (104), nastavljen za napajanje vsaj ene fazno zamaknjene izmenične napetosti v spodnji del večfaznega omrežja za distribucijo električne energije, in krmilnik (106), nastavljen za krmiljenje vsaj enega faznega sukalnika (110a, 11 Ob, 110c). Krmilnik (106) je nadalje nastavljen tako, da omogoči, da vsaj en fazni sukalnik (110a, 11 Ob, 110c) sekvenčno zavrti fazni kot vsaj ene izmenične napetosti preko množice vmesnih faznih kotov.

Description

Naprava za izravnavo faznih obremenitev za večfazno distribucijsko elektroenergetsko omrežje

Tehnično področje

Predloženi izum se nanaša na napravo za izravnavo faznih obremenjenosti za večfazno distribucijsko električno omrežje.

Ozadje izuma in tehnični problem

Najpogostejša vrsta toka, ki se uporablja v električnem omrežju, je trifazni električni tok. Trifazno električno omrežje je vrsta večfaznega sistema, ki uporablja tri žice (faze) za proizvodnjo, prenos in distribucijo električne energije v električnih omrežjih. Trifazna električna energija deluje tako, da sta napetost in tok na treh žicah za 120° zamaknjena v fazi.

V takem trifaznem sistemu so vsa bremena, ki jih napaja elektroenergetski sistem, povezane z eno ali več od treh faz. Pravzaprav je v omrežjih za distribucijo električne energije večina bremen priključenih na eno fazo, kar povzroča asimetrično obremenitev vzdolž določenih napajalnih vodov. Običajno so obremenitve in posledično napetostne nesimetrije izrazitejše globlje v omrežju in zaradi statističnega združevanja bremen manj izrazite višje v omrežju.

Asimetrična obremenitev pa povzroči asimetrične profile napetosti v napajalnih vodih, kar ima več škodljivih učinkov na kakovost električne energije pri priključenih odjemalcih. V tem primeru trifazni stroji, priključeni na elektrodistribucijsko omrežje, delujejo z zmanjšano učinkovitostjo in večjim segrevanjem. Poleg tega samo distribucijsko omrežje deluje z zmanjšano učinkovitostjo, saj asimetrična obremenitev povzroča povratni tok, ki ga v primeru simetrične obremenitve ni, kar povzroča dodatne tehnične izgube. Velike napetostne asimetrije pomenijo tudi zmanjšano priključno zmogljivost določene točke v omrežju. Zaradi narave večine bremen v elektrodistribucijskem omrežju v večini primerov ni mogoče doseči popolne odprave nesimetričnosti obremenitev. Vendar pa obstaja več različnih načinov, kako jo zmanjšati oziroma zmanjšati njene učinke.

Linijski napetostni regulatorji omogočajo regulacijo napetosti na določenem napajalnem vodu. Vendar lahko takšni napetostni regulatorji le zmanjšajo napetostno asimetrijo. Asimetrija obremenitve še vedno obstaja. Poleg tega, da so običajni napetostni regulatorji veliki in jih je težko namestiti, so tudi dragi in zato niso primerni za uporabo v velikem obsegu.

Inverterski balanserji delujejo na principu usmerjanja in inverzije toka z digitalno krmiljenimi komponentami močnostne elektronike. Na ta način lahko balanser ustvari simetrično obremenitev na primarni strani in dovaja asimetrične obremenitve na sekundarni strani, tako da je obremenitveni profil pred balanserjem simetričen. Ker so te vrste naprav drage in velike, njihova uporaba prav tako ni pogosta za ublažitev asimetrije obremenitve v omrežjih za distribucijo električne energije.

Sistemi za shranjevanje energije (baterije) z razsmerniki lahko podobno zmanjšajo napetostno asimetrijo z zagotavljanjem dodatnega izvora toka v določeni omrežni fazi ah z ponorom toka (bremenitvijo) na določeni fazi in tako ustvarijo bolj simetričen napetostni profil in zmanjšajo nevtralni tok.

Naprava za dinamično prerazporeditev obremenitve je opisana v WO 2022/162415 A1, v kateri se obremenitve ene faze prenesejo na drugo z uporabo močnostnih stikal, kot so releji, močnostni kontaktorji ali tiristorji. Težava pri takšni napravi je v tem, da preklapljanje bremen ustvari nezveznost napetostnega signala v obliki faznega preskoka za 120’ kar je nezaželeno z vidika kakovosti napajanja in v večini primerov nesprejemljivo z vidika delovanja, elektroenergetskega sistema.

Neželen fazni preskok napetostnega signala, ki se pojavi v takšnem sistemu pri prenosu obremenitve iz ene faze v drugo, je prikazan v diagramu na sliki 1. Diagram prikazuje AC napetostni signal U kot funkcijo časa t. Ob predpostavki da se obremenitev ene faze prenese na drugo fazo v času tO, lahko velik preskok napetostne faze povzroči izklop omrežnih razsmernikov po preklopnem mrtvem času tD, ker takšni razsmerniki nimajo (in po standardih niti ne potrebujejo) tolerančne zmogljivosti, ki bi prenašala tako velike skoke faze napetostnega signala.

Statična prerazporeditev obremenitve je še en ukrep, ki je bil uporabljen za zmanjšanje asimetrije obremenitve. Ker pa se obremenitve v elektroenergetskem omrežju ves čas spreminjajo, je asimetrija nujno časovno odvisen pojav. Lahko se zgodi, da je ena faza nesorazmerno obremenjena v enem obdobju in druga faza v drugem obdobju. Narava obremenitev preprečuje statično prerazporeditev obremenitev na način, ki bi trajno zmanjšal asimetrijo.

Opis rešitve tehničnega problema

Predmet pričujočega izuma je naprava za izravnavo faznih obremenitev, ki je sposobna enostavno in zanesljivo izboljšati simetrijo obremenitve in napetosti v trifaznem električnem omrežju.

Ta cilj je dosežen z napravo za fazno izravnavo po zahtevku 1. Primerne izvedbe naprave so definirane v odvisnih zahtevkih in v naslednjem opisu.

Naprava za izravnavo faz za večfazno distribucijsko omrežje električne energije obsega fazni vhod, ki je nastavljen tako, da se napaja iz večfaznega distribucijskega omrežja električne energije gorvodno od naprave, z množico izmeničnih napetosti, ki imajo začetne fazne kote z vnaprej določenim medsebojnim faznim zamikom. Naprava za izravnavo faz nadalje obsega vsaj en fazni sukalnik, ki je nastavljen za sukanje faznega kota vsaj ene izmed izmeničnih napetosti iz začetnega faznega kota s preklopnim faznim kotom, ki je enak vnaprej določenemu faznemu kotu. Nadalje fazni sukalnik obsega fazni izhod, ki je nastavljen za napajanje vsaj ene fazno zamaknjene izmenične napetosti v večfazno omrežje za distribucijo električne energije dolvodno od naprave. Poleg tega naprava za izravnavo faz obsega krmilnik, ki je nastavljen za krmiljenje vsaj enega faznega sukalnika. Krmilnik je nadalje nastavljen tako da povzroči, da vsaj en fazni sukalnik sekvenčno spremeni fazni kot vsaj ene izmenične napetosti preko množice vmesnih faznih kotov.

Za naslovitev pomanjkljivosti konvencionalnih pristopov, opisanih zgoraj, je naprava za fazno izravnavo v skladu s pričujočim izumom sposobna preurediti obremenitve iz bolj obremenjene faze v manj obremenjeno fazo, s čimer se doseže boljša simetrija obremenitve in napetosti. Pomembno je, da je izboljšano simetrijo obremenitve in napetosti mogoče doseči brez velikega nezveznega faznega skoka, ko se izvede preklopni manever. Tako se namesto preklopa faznega kota v enem koraku s preklopnim faznim kotom za, na primer 120°, krmili fazni sukalnik tako, da se fazni kot postopoma vrti m prehaja skozi več vnaprej določenih vmesnih faznih kotov preden je dosežen končni fazni kot.

Idealno je krmilnik nastavljen tako, da povzroči, da vsaj en fazni sukalnik sekvenčno spremeni fazni kot vsaj ene izmenične napetosti v zaporedju diskretnih korakov. Z izbiro ustrezne velikosti koraka je mogoče doseči dovolj gladko, a učinkovito nastavitev faznega kota. Alternativno je lahko fazni sukalnik nastavljen tako, da zvezno zavrti fazni kot.

V idealni izvedbi je krmilnik nastavljen za preklop iz običajnega delovnega stanja, v katerem je vsaj en fazni sukalnik deaktiviran, v stanje za fazni preklop, v katerem je fazni sukalnik aktiviran, da izvede predvideno fazno sukanje. Tako se fazni sukalnik aktivira le, ko je potrebno izvesti preklopni manever iz ene faze v drugo. V nasprotnem primeru fazni sukalnik ostane odklopljen iz poti, ki prevaja fazni vhod do faznega izhoda. Skladno s tem so v normalnem načinu delovanja zagotovljene nizke prevodne izgube.

Idealno je krmilnik nastavljen za aktiviranje vsaj enega faznega sukalnika za fazni preklop, katerega trajanje je določeno v naprej. Vsaj en fazni sukalnik je lahko nadalje nastavljen za sekvenčno spreminjanje faznega kota vsaj ene izmenične napetosti skoz, vnaprej določeno trajanje faznega preklopa. Na primer, trajanje faznega preklopa je vnaprej določeno v območju od 0,6 sekunde do 10 sekund. Z ustrezno nastavitvijo periode faznega preklopa, med katero se krmili fazni sukalnik, se doseže gladek fazni premik namesto velikega faznega preskoka.

V skladu z idealno izvedbo obsega vsaj en fazni izravnalnik množico faznih sukalnikov, pri čemer je vsak fazni sukalnik nastavljen tako, da premakne začetni fazni kot ene od izmeničnih napetosti za preklopni kot. Poleg tega je fazni izhod nastavljen za dovajanje vseh fazno zamaknjenih izmeničnih napetosti v večfazno omrežje za distribucijo električne energije dolvodno od naprave. Naprava za izravnavo bremen faz po izumu se tako lahko prilagodi na običajno trifazno distribucijsko električno omrežje. V tem primeru fazni izravnalnik obsega skupaj tri fazne sukalnike, ki lahko preklapljajo eno fazo v drugo.

Vendar pa naprava za izravnavo faz ni omejena na zgornjo izvedbo. Alternativno je lahko vsaj en fazni izravnalnik tvorjen z enim faznim sukalnikom, ki je nastavljen za premik začetnega faznega kota ene od izmeničnih napetosti s preklopnim kotom. V tem primeru je fazni izhod nastavljen tako, da napaja enofazno zamaknjeno izmenično napetost večfaznemu omrežju za distribucijo električne energije dolvodno od naprave. Na primer, možna je izvedba s tremi vhodnimi fazami in samo eno izhodno fazo.

Idealno fazni sukalnik sestavlja transformator v delta-z vezavi s tremi primarnimi navitji, povezanimi v delta vezavi, in šestimi sekundarnimi navitji, povezanimi v z vezavi, pri čemer sta dva od sekundarnih navitij sklopljena z enim od primarnih navitij. Takšen delta-z transformator zagotavlja poceni, a zanesljivo izvedbo faznega sukalnika, vendar izvedba ni omejena nanj. Na primer, namesto transformatorja se lahko za izvedbo faznega sukalnika uporabi polprevodniška naprava, ki deluje na principu usmerjanja in inverzije toka.

Upoštevati je treba, da je specifična zasnova faznega sukalnika prilagojena glede na to, ali naj se izvede stopenjsko (diskretno) ali zvezno fazno sukanje. Na primer, če se uporablja transformator v delta-z vezavi, se lahko transformatorsko vezje in povezave za zvezno fazno sukanje razlikujejo od tistih za stopenjsko (oz. diskretno) sukanje.

Pri uporabi delta-z transformatorja je lahko vsako sekundarno navitje izvedeno z več odcepi, ki jih krmilnik lahko posamično aktivira za spreminjanje napetosti, odvzete iz sekundarnega navitja. Z uporabo takšnih odcepov je možno nastaviti ustrezne napetosti na sekundarnih navitjih, da se vmesna faza, ki služi izogibanju velikim faznim preskokom, zagotovi natančno in hitro.

V idealni izvedbi ima vsaj eden od odcepov vsakega sekundarnega navitja nazivno napetost, ki je višja od nazivne fazne napetosti primarnega navitja delta-z transformatorja. V tej izvedbi je krmilnik nastavljen za aktiviranje enega ali več odcepov, ki so zasnovani za napetosti, večje od nazivne primarne napetosti, odvisno od izmerjenega vhodnega toka za kompenzacijo padca napetosti v navitjih transformatorja. Tako je mogoče uporabiti čim manjši in zato čim cenejši transformator, ta transformator pa je potencialno preobremenjen med preklopnim manevrom. V primeru preobremenitve je lahko padec napetosti na navitjih znaten. Ko je naprava za izravnavo faz nastavljena za merjenje vhodnega toka, je mogoče izvesti preklopno logiko za kompenzacijo padca napetosti z aktiviranjem odcepa z nazivno napetostjo nad nazivno napetostjo primarnega navitja.Posledično je lahko odstopanje velikosti sekundarne napetosti od nazivne napetosti majhno, na primer v toleranci 10% fazne napetosti na vhodu.

V skladu z drugo možno izvedbo krmilnik obsega lokalno implementirano funkcionalno enoto, ki je nastavljena za določanje asimetrije obremenitve in odločanje o fazni prerazporeditvi, ki naj jo izvede vsaj en fazni sukalnik na podlagi zaznane asimetrije obremenitve. V tej izvedbi se namesto zagotavljanja centralnega upravljalnega sistema za daljinsko odločanje o optimalni prerazporeditvi faz v omrežju uporablja lokalna preklopna logika v obliki funkcionalne enote, integrirane z napravo za izravnavo faz, ki je preprostejša, cenejša in prav tako učinkovita.

Idealno je lokalno implementirana funkcijska enota nastavljena za določanje asimetrije obremenitve navzgor in navzdol od naprave, odvisno od impedance voda gorvodno V ta namen je možno impedanco voda gon/odno ročno vnesti ali izmeriti z napravo samo.

V idealni izvedbi je lokalno implementirana funkcijska enota nastavljena za zaznavo izhodnega električnega toka za vsaj en dogodek nenadne spremembe in za izračun gorvodne impedance voda na podlagi modela omrežja, ki vključuje skupno gorvodno impedanco voda, spodnji električni tok in druge električne količine kot parametre, pri čemer model omrežja predpostavlja, da parametri, razen spremljanega izhodnega električnega toka, med dogodkom ostanejo nespremenjeni.

Idealno je lokalno implementirana funkcijska enota nastavljena za spremljanje izhodnega električnega toka in za zaznavo množice dogodkov ter za izvedbo regresijske analize, ki temelji na zajetih dogodkih za izračun gorvodne impedance voda. Na zajetih vzorcih se lahko na primer izvede regresija najmanjše absolutne vrednosti.

V skladu z drugim vidikom izuma je zagotovljen postopek za fazno uravnoteženje v večfaznem distribucijskem omrežju električne energije. V skladu s to metodo se množica izmeničnih napetosti, ki imajo začetne fazne kote z vnaprej določenim medsebojnim faznim zamikom, napaja iz zgornjega dela večfaznega omrežja za distribucijo električne energije. Fazni kot vsaj ene od izmeničnih napetosti je premaknjen od začetnega faznega kota za preklopni fazni kot, ki je enak vnaprej določenemu faznemu zamiku. Vsaj ena fazno zamaknjena izmenična napetost napaja večfazno omrežje za distribucijo električne energije dolvodno od naprave. Fazni kot vsaj ene izmenične napetosti se zaporedno spremeni preko množice vmesnih faznih kotov.

V nadaljevanju bo izum natančneje opisan s pomočjo izvedebnih primerov in slik, ki prikazujejo:

Slika 1

Slika 2

Slika 3

Slika 4

Slika 5 je diagram, ki prikazuje fazni preskok napetostnega signala, ter preklopni mrtvi čas v konvencionalnem sistemu za preklop faz;

je blokovni diagram, ki prikazuje distribucijsko omrežje električne energije v skladu z izvedbo izuma;

je diagram vezja, ki prikazuje transformator za fazno sukanje v skladu z izvedbo izuma;

je vektorski diagram, ki ponazarja zaporedje korakov, ki jih izvede transformator za fazno sukanje, da izvede prehod iz faze ena v fazo tri;

je diagram vezja, ki prikazuje kompenzacijo padca napetosti;

Slika 6

Slika 7

Slika 8

Slika 9

Slika 10 je diagram, ki prikazuje fazni zamik pri prehodu tokovnega signala skozi ničlo v skladu z izvedbo izuma;

je diagram, ki prikazuje električno distribucijsko omrežje, v katerem je nameščena množica naprav za izravnavo fazne obremenitve;

je diagram, ki prikazuje princip delovanja lokalno implementirane funkcionalne enote za določanje asimetrije obremenitve;

je diagram, ki ponazarja primer, kjer se faze preklapljajo zaporedno z dvema napravama za izravnavo faz; in je diagram, ki ponazarja splošni model omrežja, na podlagi katerega naprava za izravnavo faz oceni skupno impedanco voda gorvodno od naprave.

Slika 2 je blokovni diagram, ki prikazuje napravo za izravnavo faznih obremenitev 100 v skladu z izvedbo pričujočega izuma.

Naprava za izravnavo faznih obremenitev 100 se lahko uporablja v večfaznem distribucijskem omrežju električne energije, ki tvori medsebojno povezan sistem za dobavo električne energije od proizvajalcev energije do potrošnikov. V pričujoči izvedbi je večfazno distribucijsko omrežje električne energije izvedeno kot trifazni sistem napajanja. Tako je omrežje za distribucijo električne energije nastavljeno za distribucijo trifazne električne energije, ki je običajna vrsta izmeničnega toka, ki se uporablja pri proizvodnji, prenosu in distribuciji električne energije. Slika 2 prikazuje samo komponente naprave za izravnavo faznih obremenitev 100, ki so potrebne za razumevanje principa delovanja izuma.

Iz gorvodnega dela omrežja se fazni vhod 102 naprave za izravnavo faznih obremenitev 100 napaja s trifazno izmenično močjo. V skladu s tem fazni vhod 102 obsega tri žice L1, L2 in L3, pri čemer so fazni koti izmeničnih napetosti in tokov na teh žicah L1, L2, L3 medsebojno zamaknjeni za približno 120°. V skladu s to izvedbo naprava za izravnavo faznih obremenitev 100 nadalje obsega fazni izhod 104, ki ima prav tako tri žice. Na sliki 2 so te žice označene z L1, L2, L3 v vrstnem redu, ki predstavlja normalno stanje delovanja pred izvedbo manevra preklopa faze, opisanega spodaj. Fazni izhod 104 služi za napajanje fazno zamaknjene izmenične moči v omrežje dolvodno od naprave, kjer se izmenična energija napaja porabnikom, tj. bremenom.

Med faznim vhodom 102 in faznim izhodom 104 naprave za izravnavo faznih obremenitev 100 so skupno tri prevodne poti 112a, 112b, 112c, pri čemer ima vsaka prevodna pot fazni sukalnik, ti so 110a, 11 Ob, 110c. Vtem specifičnem primeru število faznih sukalnikov 110a, 110b in 110c ustreza številu faz, ki jih je treba preklapljati druga v drugo.

Vsaka prevodna pot 112a, 112b, 112c naprave za izravnavo faz 100 nadalje vključuje preklopno ureditev, ki jo krmili krmilnik 108 za aktiviranje in deaktiviranje ustreznega faznega sukalnika 110a, 110b, 110c. Preklopna enota, vključena v prevodno pot 112a, obsega tri stikala R1a, R2a, R3a, ki so npr. releji, ki jih je mogoče vklopiti posamezno, da preusmerijo tok, da teče mimo faznega sukalnika 110a, da se potem deaktivira fazni sukalnik 110a. Na primer, v stanju, ko je rele R1a vklopljen in sta releja R1b, R1b izklopljena, se prva faza L1 nespremenjeno sklene iz faznega vhoda 102 v fazni izhod 104. Enako velja za fazi L2 in L3, ko releja R1b in R1c sta vklopljena, druga dva releja pa izklopljena. V vsakem primeru, če je eden od relejev R1a, R1b, R1c vključen, je naprava za izravnavo faz 100 v normalnem delovnem stanju, kjer fazni koti izmeničnih napetosti ostanejo nespremenjeni. Preklopne ureditve drugih poti 112b, 112c, kjer so ustrezni releji označeni z b oziroma c, delujejo na enak način.

Vsaka preklopna ureditev vključuje dodatna stikala T1a do T3a, T1b do T3b in T1c do T3c, ki so nameščena pred vsakim faznim sukalnikom 110a, 11 Ob, 110c. Ta stikala so posamično vklopljena v stanju, kjer so releji R1a do R1c, R1b do R3b, R1c do R3c izklopljeni, da se aktivira ustrezni fazni sukalnik 110a, 11 Ob, 110c. Na primer, če je stikalo T1a prevodne poti 112a vklopljeno, medtem ko sta stikali T2a in T3a izklopljeni, se fazni kot izmenične napetosti na L1 premakne s pomočjo faznega sukalnika 110a. Enako velja za drugi poti 112b in 112c.

Vsako od stikal T1a do T3a, T2a do T3c in T1c do T3c je lahko implementirano z TRIACom (trioda za izmenični tok), ki ima zelo kratek preklopni čas. Tako praktično ni nobene časovne zakasnitve, preden se TRIAC vključi po izklopu ustreznega releja R1a do R3a, R2a do R3c in R1c do R3c.

Naprava 100 za izravnavo faznih obremenitev vključuje krmilnik 106, ki je lahko nastavljen za krmiljenje celotnega delovanja naprave za izravnavo faz 100. Zlasti krmilnik 106 služi za krmiljenje manevra faznega sukanja, ki ga izvede naprava 100 za izravnavo faznih obremenitev. Zaradi preglednosti, so linije, potrebne za prenos signalov med krmilnikom 106 in posameznimi komponentami naprave za izravnavo faz 100, na splošno označene z referenčnim znakom 108.

V skladu s pričujočo izvedbo lahko krmilnik 106 obsega lokalno implementirano funkcionalno enoto 107, ki je nastavljena za določanje asimetrije obremenitve in za nadzor prerazporeditve faz, kot je opisano spodaj. Funkcionalna enota 107 tvori lokalno preklopno logiko, ki je integrirana v napravo za izravnavo faznih obremenitev 100. Posledično ni potrebe po postavitvi centralnega sistema upravljanja v omrežju za distribucijo električne energije, ki na daljavo odloča in krmili prerazporejanje faz.

Krmilnik 106 je nastavljen za preklapljanje med običajnim delovnim stanjem, v katerem so fazni sukalmki 110a, 110b, 110c deaktivirani, in faznim preklopnim stanjem, v katerem so fazni sukalniki 110a, 11 Ob, 110c aktivirani za izvedbo manevra preklopa faz. V ta namen krmilnik 106 nadzoruje preklopna stanja relejev R1a do R3a, R1b do R3b, R3a do R3c in TRIACov T1 a do T3a, T1 b do T3b, T1 c do T3c.

Kot primer se predpostavlja, da je naprava za izravnavo faznih obremenitev 100, prikazana na Sliki 2, nastavljena za premik začetnega faznega kota vsake izmenične napetosti na L1, L2 in L3 za preklopni kot 120° naprej (v smeri urnega kazalca) oz. v nasprotni smeri urinega kazalca (nazaj). Če je L1 identificiran s fazo ena, L2 je identificiran s fazo dve in je L3 identificiran s fazo tri, pride do preklapljanja faze iz faze ena v fazo tri, iz faze dva v fazo ena in iz faze tri v fazo dve. V tem primeru se preklopna stanja relejev in TRIAC-ov naprave 100 za izravnavo faznih obremenitev krmilijo kot sledi.

Sprva so v normalnem stanju delovanja vklopljeni releji R1a, R2b in R3c, vsa ostala stikala pa so izklopljena, skladu s tem gredo izmenične napetosti na L1, L2 in L3 skozi napravo za izravnavo faznih obremenitev 100 brez spreminjanja začetnih faznih kotov napetosti.

Nato se releji R1a, R2b in R3c izklopijo, da prekinejo normalno delovanje. Istočasno se vklopijo TRIAC-i T1a, T2b in T3c, da aktivirajo fazni preklopni manever. Natančneje, fazni sukalnik 110a premakne fazni kot napetosti na L1 za 120°. Podobno fazni sukalnik 11 Ob premakne fazni kot napetosti na L2 za 120° in fazni sukalnik 110c premakne fazni kot napetosti na L3 za 120°. Pri tem je lahko smer faznega vrtenja v smeri urnega kazalca ali nasprotni smeri urnega kazalca.

Končno se TRIAC-ι T1a, T2b in T3c izklopijo, in s tem prekinejo stanje faznega obračanja. Istočasno se vklopijo releji R3a, R1b in R2c, da ponovno aktivirajo normalno stanje delovanja. Vendar se v primerjavi z začetnim normalnim stanjem delovanja prva faza spremeni v fazo tri na L3, druga faza se spremeni v fazo ena na L1 m tretja faza se spremeni v fazo dve na L2.

Da bi se izognili velikim faznim preskokom, je vsak fazni sukalnik 110a, 11 Ob, 110c nastavljen tako, da gladko spreminja fazni kot ustrezne napetosti, dokler ni dosežen predvideni fazni premik. Tako, začenši od začetnega faznega kota, fazni premik zaporedoma spremeni fazni kot preko množice vmesnih faznih kotov, ki se seštejejo do vnaprej določenega preklopnega faznega kota 120°. Vmesne fazne kote je mogoče nastavljati zvezno ali kot zaporedje diskretnih korakov kota.

Kot je prikazano na sliki 2, lahko fazni vhod 102 vključuje tri senzorske enote 114a, 114b, 114c, ki so nastavljene za merjenje električnih tokov in napetosti na L1, L2 in L3, ki tečejo v napravo 100 za izravnavo faz.

Fazne sukalnike 110a, 100b, 100c, prikazane na Sliki 2, je mogoče izvesti na več načinov. Na primer, vsak fazni sukalnik je lahko narejen s transformatorjem za sukanje faze 310, kot je prikazano na Sliki 3. Transformator s sukanjem faze 310 je transformator v delta-z vezavi navitij, katerega primarna stran je povezana v delta vezavi, njegova sekundarna stran je povezana v z vezavi.

Na primarni strani, v vezavi delta, ima transformator za fazno sukanje 310 s Slike 3 tri primarna navitja P1, P2 in P3. Tri primarne napetosti ^fi, ^F2, j_n ups ki ustrezajo trem fazam, so priključene na primarna navitja P1, P2 in P3. Primarne napetosti ^fi, ^UF2, m u_P3 predstavljajo napetosti med posamezno fazo in nevtralnim vodnikom, tj. napetosti med prvim, drugim in tretjim primarnim navitjem P1, P2 in P3 in nevtralnim vodnikom (N). Transformator za sukanje faze 310 ima vhod IN z vhodnimi priključki, povezanimi s primarnimi napetostmi ^fi, ^P2, _in u_{P3 in} nevtralnim vodnikom (N).

Na sekundarni strani, v z vezavi, ima transformator za fazno sukanje 310 skupno šest navitij S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3. V skladu s z vezavo so sekundarna navitja S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b med seboj povezana v parih. Prvi par navitij S1a, S1b je nameščen na prvem primarnem navitju P1, drugi par navitij S2a, S2b je nameščen na drugem primarnem navitju P2, tretji par navitij S3a, S3b pa na tretjem primarnem navitju P3.

Tri sekundarne napetosti «Sl , U_S2 , in predstavljajo linijske napetosti. Transformator s faznim premikanjem 310 ima izhod OUT, opremljen z izhodnimi priključki, ki so povezani s sekundarnimi napetostmi “st, Us2 , in «S3, ter nevtralnim vodnikom (N).

Sekundarna navitja transformatorja s faznim sukanjem 310 so nastavljena za selektivno medsebojno povezovanje S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b v parih. Tako so zagotovljeni selektivno med seboj povezani pari navitij, sestavljeni iz dveh zaporedno povezanih sekundarnih navitij.

Poleg faznih napetosti ™ρι, ™P2, in ™P3 na primarni strani in faznih napetosti na sekundarni strani ™S1 , US2, in ima transformator za fazno sukanje 310 izvedene tudi medfazne napetosti. Medfazna napetost predstavlja razliko med katerima koli dvema faznima napetostnima. Na primer, medfazna napetost ^wfi2 na primarni strani je podana z razliko med napetostjo ^upi in ^wP2_i medfazna napetost ^US3\ na sekundarni strani je podana z razliko napetosti ^S3 in ^usi.

Selektivno medsebojno povezovanje različnih navitij transformatorja lahko dosežemo z ustreznimi stikali. Na Sliki 3 je eno od teh stikal reprezentativno označeno s T2.

Vsako od sekundarnih navitij S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b ima več odcepov. Glede na specifično izvedbo, prikazano na sliki 3, vsako sekundarno navitje S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b obsega enajst odcepov. Kot je prikazano kot primer za sekundarno navitje S1a na Sliki 3, so odcepi vsakega sekundarnega navitja oštevilčeni z 0, 1,2, ..., 10, 11. Vrstni red oštevilčenja se začne z vstopom v ustrezno sekundarno navitje, kjer vhod predstavlja odcept št. 0 neposredno povezan z dovodno žico.

Transformator za fazni zasuk 310 vključuje množico stikal, od katerih je eno reprezentativno označeno s T1 na sliki 3. Vsako stikalo T1 je dodeljeno enemu od odcepov. Tako so stikala T1 nastavljena tako, da selektivno aktivirajo enega od odcepov za spreminjanje napetosti, ki poteka prek ustreznega sekundarnega navitja glede na odcep, ki je trenutno aktiviran. Na primer, če je napetost na posameznem odcepu sekundarnega navitja S1a, povezanim z enim odcepom, 10 voltov, skupna napetost na navitju S1a znaša do k krat 10 voltov v primeru, da ta odcep št. k je aktiviran (tj. 0 voltov na odcepu št. 0, 10 voltov na odcepu št. 1, 20 voltov na odcepu št. 2, 30 voltov na odcepu št. 3, 40 voltov na odcepu št. 4, 50 voltov na odcepu št. 5 itd.). Enako velja za druga sekundarna navitja.

Kot je znano v stroki, lahko izmenične električne količine predstavimo z vektorskim diagramom. V takem vektorskem diagramu dolžina vektorja predstavlja velikost električne količine, to je velikost napetosti ali toka, medtem ko kot vektorja predstavlja relativno fazo glede na drug vektor. V nadaljevanju je delovanje transformatorja v delta-z vezavi, prikazanega na Sliki 3, razloženo s sklicevanjem na takšno vektorsko predstavitev.

Grobo rečeno, izvedba, prikazana na Sliki 3, deluje na naslednji način. V normalnem povezovalnem stanju so sekundarna navitja S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b faznega premičnega transformatorja 310 povezana na način, da sekundarna navitja zrcalijo vektorje primarne napetosti, tj. fazne kote napetosti in velikosti na sekundarni strani so enake kot na primarni strani. Ko se sproži preklopni manever, se odcepi na sekundarnih navitjih uporabijo in povežejo na način, da se vektor sekundarne napetosti zaporedno zavrti v eno od drugih dveh faz v sistemu. Na primer, vektor napetosti prve faze se zavrti v vektor napetosti faze tri. Posledično, da se ohrani zaporedje faz se v pričujoči izvedbi faza ena zavrti v fazo tri, faza dve se zavrti v fazo ena in faza tri se zavrti v fazo dve.

Natančneje, delovanje transformatorja v delta-z vezavi na sliki 3 je mogoče najbolje razumeti s specifičnim primerom, ki je prikazan v vektorskem diagramu na Sliki 4. Ta primer prikazuje postopek zaporedne nastavitve za fazo ena, ki se zavrti v fazo tri.

Na Sliki 4 so napetosti označene z vektorji. Fazne napetosti, kot so primarne napetosti “Pl, '*«, Spsin sekundarne napetosti «Sl, U_S2, «_{S3 so} označene z enim indeksom i=1,2,3. Medfazne napetosti kot sta 1‘P12 _in «_{S3t pa} so označene z dvema indeksoma 1=1,2,3 in j=1,2,3.

Poleg tega zgornji indeks v oklepaju označuje številko koraka v zaporedju nastavitve V nasprotju s tem zgornji indeks, ki ni v oklepaju, označuje številko aktiviranega odcepa. Na primer, napetost 3« je sekundarna napetost v koraku št. 1 prenastavitvenega zaporedja, in 'ί·3ΐ je medfazna napetost “s_{31 z} aktiviranim odcepom 6.

Na začetni stopnji v koraku 1 je kombinacija sekundarnih navitij S31 z aktiviranim odcepom št. 6, in -S12, z aktiviranim odcepom št. 6, tvori zrcalni napetostni vektor fs? na prvo fazo primarne strani transformatorja za fazni zasuk 310, ki je predstavljen z vektorjem ^Pi2.

V 2. koraku je na navitju S31 odcep št. 6 je deaktiviran in odcep št. 5 aktiviran. Hkrati je na navitju -S12 odcep št. 6 deaktiviran in odcep št. 7 se aktiviran. Hkrati je na navitju -S12 odcep št. 6 je deaktiviran in odcep št. 7 aktiviran. Nastali vektor napetosti “l²? se zavrti v nasprotni smeri urinega kazalca za 5°.

Dejansko vrtenje faze je odvisno od števila in nastavitve odcepov na sekundarnih navitjih. V 3. koraku se postopek ponovi. Tukaj je na navitju S31 odcep št. 5 deaktiviran m odcep št. 4 aktiviran. Hkrati je na navitju -S12 odcep številka 7 deaktiviran in odcep št. 8 aktiviran, pri čemer se dobljeni napetostni vektor uS1^A(3) še naprej vrti v nasprotni smeri urinega kazalca.

Postopek se ponavlja, dokler se v koraku 7 navitje S31 ne odklopi in se navitje -S12 popolnoma aktivira na odcepu št. 11, kar ima za posledico vektor napetosti “si.

V koraku 8 je navitje S23 zaporedno povezano z navitjem -S21, kar ima za posledico napetostni vektor “si. Zaporedje spet predvideva postopno povečevanje števila odcepov na navitju S23 in istočasno postopno zmanjševanje števila odcepov na navitju -S12.

V koraku 19 se aktivira navitje S23 z odcepom št. 11, navitje -S12 pa je odklopljeno, kar ima za posledico vektor napetosti 4\⁹⁾. v koraku 20 se navitje -S31 aktivira namesto navitja -S 12 in postopek zaporednega zmanjševanja števila odcepov na navitju S23 m zaporedno povečevanje števila odcepov na navitju S31 se ponavlja do koraka 24, kjer se odcep št. 6 se aktivira na obeh navitjih S23 in S31, kar povzroči

I X -(²⁴) vektor napetosti “si

Korak 24 predstavlja končni položaj vektorja v zaporedju, uporabljenem za zasuk prve faze v tretjo fazo.

Kot je razvidno iz Slike 4, se transformator za sukanje faze 310 izogne velikemu faznemu preskoku pri vrtenju faze ena v fazo tri. Namesto tega je transformator za sukanje faze 310 krmiljen tako, da zaporedno prehaja skozi množico vmesnih faznih kotov, ki jih predstavljajo napetostni vektorji < 4?, ... _preden dosežemo preklopni fazni kotom 120°, ki ga predstavlja napetostni vektor 4²⁴⁾.

Na Sliki 4 je vrtenje faze v nasprotni smeri urinega kazalca. Vendar pa lahko isti princip uporabimo tudi v smeri urinega kazalca.

Poleg tega je na Sliki 4 prikazana zaporedna nastavitev sekundarnih navitij faznega transformatorja za vrtenje faze ena v fazo tri. Ustrezni koraki se izvedejo za zasuk faze dve v fazo ena in za zasuk faze tri v fazo dve.

Glede na izvedbo, prikazano na slikah 2 in 3, ima vsako sekundarno navitje S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b po enajst odcepov. Število odcepov pa je lahko tudi drugačno in nastavljeno po želji. Poleg tega so odcepi lahko različno razporejeni na posameznem navitju, da spremenijo napetost na posameznem odcepu. Poleg tega napetosti na sekundarnih navitjih ni treba diskretno spreminjati. Lahko se tudi zvezno spreminjajo. V vsakem primeru je mogoče uporabiti isto načelo delovanja.

Poleg tega je pomembno opozoriti, da lahko vsako od sekundarnih navitij generira polno fazno napetost, kije prisotna na primarni strani transformatorja za fazno sukanje.

Transformator za sukanje faze je aktiven samo za preklopne manevre, ki trajajo največ nekaj sekund. Sicer je fazni transformator odklopljen. Zato je z ekonomskega vidika ugodno, če je glede na nazivno moč fazni transformator čim manjši in je potencialno preobremenjen med preklopnim manevrom. Padec napetosti na transformatorju sukanje faze je lahko v primeru preobremenitve znaten. V takšnih primerih imajo lahko sekundarna navitja zgornje odcepe, ki so naviti za višje odcepne napetosti od primarne nazivne napetosti.

Kot je navedeno zgoraj, naprava za izravnavo faznih obremenitev 100 vključuje tokovne senzorje 114a, 114b, 114c, ki služijo za merjenje vhodnega toka. Zato je lahko krmilnik 106 nastavljen tako, da kompenzira padec napetosti zaradi, ki je posledica vhodnega toka skozi transformator z aktiviranjem odcepov, povezanih z napetostmi odcepov, ki so višje od nazivne napetosti. Tako je mogoče doseči, da so velikosti sekundarnih napetosti vedno enake primarnim napetostim znotraj vnaprej določenega tolerančnega območja AV, to pomeni, da je velikost sekundarne napetosti enaka velikosti primarne napetosti ±AV. Na primer, tolerančno območje Δ V je lahko 10% velikosti primarne napetosti.

Na Sliki 5 je prikazan primer, kjer sekundarno navitje S obsega množico odcepov T^N, _tn-i _tn-2 _tn-3 _{itd prj čemer nadnap}j_s|· _{N-1 N}__{2 N}_₃ označujejo zaporedje zaporednih padajočih napetosti na odcepih ^sr, \ etc.tem primeru se domneva, da je nazivna napetost 230 voltov. Vendar je najvišji odcep T^N na sekundarnem navitju S načrtovan na 270 voltov za neobremenjen transformator. Pri transformatorju pod obremenitvijo se bo padec napetosti na impedanci transformatorja kompenziral z izbiro višjih odcepov transformatorja, s čimer bo dosežena nazivna izhodna napetost. Na primer, za najvišji T^N odcep velja naslednje razmerje:

^llT — ^CT 'load Z_T J

- U^N ~ pri čemer τ označuje sekundarno napetost, kompenzirano za padec napetosti, označuje bremenski tok, ^e'^T označuje inducirano napetost in označuje impedanco transformatorja. Ustrezna razmerja veljajo za tudi za spodnje odcepe, kot je prikazano na Sliki 5.

Količine in-τ so znane v naprej, bremenski tok iioad _pa se meri. V skladu s tem je mogoče izbrati ustrezen odcep, ki zagotavlja napetost, ki je najbližja primarni napetosti.

Hitrost zgoraj opisanega preklopnega manevra je lahko omejena. Na primer, lahko je omejen s standardom, ki navaja, da stopnja spremembe frekvence (ROCOF) ne sme preseči 1Hz/s. Preklopni manever je viden kot rahlo povečanje ali zmanjšanje frekvence, odvisno od tega, ali je vrtenje v smeri urnega kazalca ali nasprotni smeri urnega kazalca. Na primer, če se preklopni manever izvede v eni sekundi, dobi hitrost vrtenja 120°/s, kar je enako ROCOF ¹/₃ Hz/s. To pomeni, da bo frekvenca padla ali narasla za 0,333 Hz med trajanjem preklopnega manevra.

Da bi se izognili učinku obloka, ki ga povzročajo induktivne obremenitve, se prehodi znotraj preklopnega manevra, pri katerem se en odcep preklopi na drug odcep ustreznega sekundarnega navitja, po možnosti izvedejo ko tokovni signal prečka ničlo, kot je prikazano na Sliki 6.

Na Sliki 6 je diagram, ki prikazuje napetost in tok v odvisnosti od časa za preklopno zaporedje. V tem preklopnem zaporedju je odcep št. N-1 se preklopi na odcep št. N in nato odcep št. N se preklopi na odcep št. N+1. Časi preklopov SWso izbrani tako, da sta toka l^N in |N-i _ob preklopu enaka nič. Ker so tokovi na sekundarni strani transformatorja natančno izmerjeni, lahko krmilnik sproži preklop ob prehodu tokovnega signala skozi ničlo. Posledično je mogoče preprečiti pojav obloka zaradi induktivnih obremenitev.

Narava naprave za fazno uravnoteženje sama po sebi deluje tako, da zmanjšuje asimetrijo obremenitve gorvodno od naprave. Dolvodno od naprave bremenska asimetrija ostaja, ne glede na konfiguracijo stikal. Da bi torej dosegli učinkovito zmanjšanje asimetrije obremenitve, je koristno, če fazno izravnalno napravo opisano v izumu namestimo na več kot eno lokacijo v elektrodistribucijskem omrežju.

Namestitev več naprav, od katerih vsaka ustreza napravi za izravnavo faznih obremenitev 100, prikazani na Sliki 2, znotraj omrežja za distribucijo električne energije 700 je prikazana na Sliki 7. Omrežje za distribucijo električne energije 700 obsega napajalni vod 702. Množica lateralnih vodov 704, 706, 708, 710, 712 se odcepi od napajalnega voda 702, pri čemer vsaka stranska napaja množico bremen. Na sliki 7 je eno od teh bremen reprezentativno označeno s 714.

Preklopno logiko, na podlagi katere naprava za izravnavo faz preklaplja med različnimi fazami, je mogoče izvesti na več načinov. Tako bi bilo mogoče napravo za izravnavo faz nadzorovati na daljavo z uporabo centralnega sistema upravljanja, ki odloča o optimalni konfiguraciji faz in preklopnih manevrih za del omrežja za distribucijo električne energije. Ker je ta krmilna shema lahko zapletena in draga, se lahko izvede lokalna preklopna logika, ki je preprostejša, cenejša in enako učinkovita. Takšna krmilna shema je prikazana na sliki 8.

Kot je prikazano na sliki 8, ima naprava za izravnavo faz 100 interno izvedeno impedanco Rt navzgor do napajalne točke, ki je običajno transformator. Na sliki 8 je skupna impedanca voda Rt gorvodno od naprave, podana z vsoto impedanc R, ki jih povzroči vrsta kabelskih odsekov zadevnega voda. Vsako celotno impedanco Rt voda gorvodno je mogoče ročno programirati v napravo 100 za izravnavo faz. Alternativno je lahko naprava za izravnavo faz 100 nastavljena tako, da sama meri vsako impedanco Rt navzgornjega voda z uporabo postopka, ki je opisan kasneje s sklicevanjem na Sliko 10. V vsakem primeru se v nadaljevanju predpostavlja, da so impedance Rt navzgornjega voda znane.

S sklicevanjem na Sliko 8 je v nadaljevanju razloženo, kako lahko naprava za fazno uravnoteženje deluje, da se odloči za konfiguracijo stikala, ki je primerna za zagotavljanje dobrega faznega ravnovesja.

V dobrem približku lahko naprava 100 za izravnavo faznih obremenitev privzame uravnotežene napetosti na točki napajanja. Nato naprava za izravnavo faznih obremenitev 100 izmeri linijske napetosti in tokove z uporabo npr. senzorske enote 114a, 114b, 114c, prikazane na Sliki 2. Z impedanco gorvodnega voda, ki je na voljo lahko naprava za izravnavo faz 100 določi padec napetosti na podlagi izmerjenega toka skozi napravo, ki napaja obremenitve navzdol. Nadalje lahko na podlagi meritev napetosti naprava 100 za izravnavo faz določi napetostno asimetrijo. Natančneje, naprava za izravnavo faznih obremenitev 100 je nastavljena za oceno deleža napetostne asimetrije, ki jo povzročijo obremenitve dolvodno od naprave, in deleža napetostne asimetrije, ki jo povzročijo obremenitve gorvodno od naprave. Na podlagi te ocene lahko naprava za fazno izravnavo izračuna cenilne funkcije za trenutno stanje m dva druga možna preklopna manevra ter se o odloči o optimalni konfiguraciji.

Sklicujoč se na primer, prikazan na Sliki 8, lahko lokalna preklopna logika za ocenjevanje padcev napetosti, ki jih povzročijo obremenitve v gorvodno in dolvodno od naprave za izravnavo faz, temelji na naslednjih enačbah in Tabeli 1 ^dsl — Ul + ii · Rt Uds2 ⁼ U<2 + ?2 ’ Rt Uds3 — U$ + i'3 R-t ^udsmax — max{ |iz_dsl |, |u_ds2|, |u_ds3|}

Bremena gorvodno	Bremena dolvodno 1	Bremena dolvodno 2	Bremena dolvodno 3
^dsmax l |	_______h'il · Rt	1*31 · Rt__________	|ž2| Rt
Udsmax l^d.sžl	__________1*21 · R t	|*ι|·-&τ	|ž3| · RT
^dsmai |^d.s.3|	__________1*31 · Rt__________	_________1*2, · Rt_________	___________l*~i| - Rt

Tabela 1

Kot je prikazano v Tabeli 1, so padci napetosti za obremenitve navzdol izračunani za vse možne konfiguracije obremenitev dolvodno (z obremenitvami, označenimi s poševnimi puščicami na sliki 8).

Numerični primer, ki temelji na zgornji shemi, je ponazorjen z naslednjimi enačbami in Tabelo 2, ki vsebuje dejanske izmerjene in ocenjene vrednosti.

|«ι | = 220V |u₂| = 225V |«₃| = 229V

Udsi - 'Ul + ή · R_T-ItZcMi | = 225V' «d.,2 = ii₂ + 7₂ · R_T; ju_dsl j - 227 V Ud.s-3 = «3 + z₃ · 7?_r; |iZ_rfsl | ₌ 230V ^dsmai

Bremena gorvodno udsmax ~ [»risi | = 5K	Bremena dolvodno 1 ΙΛ | · = 5V	Bremena dolvodno 2 Hal Rt = IV	Bremena dolvodno 3 1*21 Rt = 2V
udsmaj: ~ hzd.s3| = OV	p2| · Rt ~ 2V 1*3 ί · = IV	____i*i| · Rt = 5V |/2| RT = 2V	~-l u S II II Cn n-‘ I

Na podlagi te ocene je mogoče izračunati stikala, kot je prikazano v Tabeli 3.

cenovno funkcijo za vsako konfiguracijo

Cenovna funk. 1	Cenovna funk. 2	Cenovna funk. 3
5V+5V = 10V	5V+1V = 6 V	1V+2V = 7V
3V+2V = 5 V	~3V+5V = 8 V	I3V+1V = 4V
ον+ϊν = IV	0V+2V = 2V	0V+5V = 5V
max-min—9V	max-min=6V	max-min=3V

Tabela 3

Cenovna funkcija se izračuna s seštevanjem ocenjenih padcev napetosti za obremenitve dolvodno in gorvodno na vsaki fazi in nato z izračunom razlike med večjim m najmanjšim faznim padcem napetosti za vsako konfiguracijo stikala jmanjsa razlika daje najugodnejšo konfiguracijo. Kot je navedeno v Tabeii 3 je konfiguractja. ki je preklopila fazo ena na fazo tri. najugodnejša konfiguracija v zgornjem numeričnem primeru.

Sltka 9 prikazuje hipotetični primer napajalnega voda, ki napaja tri bremena (spet nacena s posevn.m, puščicami), ki so vsa v začetnem stanju povezana s prvo fazo Po ocen, cenovnih funkcij se preklopni manever izvede na prvi izravnam! napravi in prenese dve dolvodni bremeni na drugo fazo. Nato se preklopni manever izvede na drugem faznem .zravnalniku, ki tretjo obremenitev prenese na tretjo fazo

Da bi se izognili prepogostemu izvajanju preklopnega manevra, je mogoče v preklopno logiko implementirati histerezo, ki zahteva, da vrednosti cenovne funkcije presežejo vnaprej določen prag in vztrajajo v danem stanju vnaprej določen čas.

Operaterji elektrodistribucijskih omrežij običajno sledijo dodelitvi faz obremenitve na mestu priključitve števca energije. Z opisanimi preklopnimi manevri izravnave faz te informacije postanejo napačne. Tako je v napravi za izravnavo faz implementirana komunikacijska zmožnost, ki sporoča preklopni manever, npr. na centralni računalnik. To omogoča omrežnemu operaterju, da pozneje pravilno upošteva fazne prerazporeditve v zbranih meritvah pametnega števca.

Kot je navedeno zgoraj, lahko impedanco navzgor, kije potrebna za opisano izvedbo lokalne preklopne logike, izmeri sama naprava za izravnavo faz, ne da bi jo bilo treba vnesti ročno. Ker naprava za izravnavo faz meri fazne napetosti in tokove, lahko zazna hitre in velike spremembe v toku skozi napravo. Natančna narava takega dogodka, tj. kako hitra in kako velika mora biti trenutna sprememba, je stvar velikosti naprave. Naprave za večje nazivne tokove zahtevajo večje tokovne skoke navzdol in obratno. Zato je lahko naprava za izravnavo faz nastavljena tako, da shrani meritve tik pred in takoj po zaznavi takega dogodka.

Oceno skupne impedance navzgornjega voda je mogoče izvesti na podlagi naslednjih enačb, ki se nanašajo na splošni model omrežja, kot je prikazano na Sliki 10.

= (n.Ll + · · · + i_nJA + · KeA + ' ' ' + (l_n.IA + ξ‘ R_t._tl + ^bl + (pi,N + /)₍2') ' R< >, H-----h (h.A' H-----H /,,.χ + / ) R₍., «1 - 01.Δ1 + · · + 1 + ζ'Γ^υ) ' Rc.l + · · + (ζ,/,1 + ξ'⁺¹⁾) · R_c„ +

C ^υ + (Jn.N + ξν ^I}) · Re,n +.....F (h.A + · · · + ΐ,κΝ + ξ£¹⁾) - Re l

Α ,γΡ _ .γΟ) -tCH-I) ^au61 ~ ¹¹ bi “ ^ubl

A?> ;V+0 ζδ/._μ i_bl - i_hl

A?' ~)^w ~^b.\' ~ ‘b.\’ ^t + 1) ^lbN ^u^! _bl - Δξ, R_cl + Δξ\ · R_cm + Δ-ϊ£_ν · + Δ^_ν — Δα[] = R_r 4- Δ/^_λγ · R_T',p = 1... P

Ri j; p —- 1... P

Διι

Γ^Δ«ίι

Μι

Δ/7^ ^{Δ tl}b'3 Δί7² lACJ ^Δίι + ^δ3λ^ <+<ν ^Δί+^Δ?^ ^Δ^ί.»2 + ^Δ*Ιν ^b'2 + ^Δ//7ν ^Δ'62 + ^Δ/’^ν ^Δ^>3 + ^Δ//'.ν δ/? +δΓ² ^^lb3 ^'bN

J-^h>3 + ^bN

Rt = Δί Rt w = Διι — Δί · R_r p

J(R_T) = I14J + |u.’|₂j + |w£₃| j=i min J(R_T)

Enačbe se lahko zapišejo za neznano skupno impedanco voda gorvodno od naprave do točke napajanja. Ker naprava za izravnavo faz ne pozna natančne strukture omrežja navzgor, se predpostavlja, da v času dogodka vse druge količine, tj. tokovi v obremenitvah navzgor in napetost na točki napajanja, v omrežju navzgor ostanejo nespremenjene. Ta predpostavka omogoča odštevanje enačb za dva časovna vzorca neposredno pred in po meritvi, pri čemer ostane samo neznana skupna impedanca navzgornjega voda.

Predpostavka o nespremenjenih obremenitvah gorvodno in napajalnih napetostih v primeru spremembe toka dolvodno je lahko občasno kršena. Zato je lahko fazni izravnalnik nastavljen za shranjevanje večjega števila takih dogodkov in nato za izvedbo linearne regresije najmanjše absolutne vrednosti na zajetih vzorcih.

Ta vrsta robustne regresije ima lastnost zavračanja izstopajočih vrednosti v naboru meritev in tako izračuna pravilno vrednost skupne impedance navzgornjega voda. Namesto najmanjše absolutne vrednosti je mogoče uporabiti tudi različne estimatorje iz razreda robustnih estimatorjev, kot je npr. najmanjša mediana kvadratov.

Posledično je mogoče zanesljivo oceniti skupno impedanco voda gorvodno.

Claims (1)

1. Patentni zahtevki

   1. Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) za večfazno distribucijsko elektroenergetsko omrežje, ki vključuje:

   fazni vhod (102), ki je nastavljen tako, da se napaja iz gorvodnega dela večfaznega omrežja za distribucijo električne energije z množico izmeničnih napetosti, ki imajo začetne fazne kote z vnaprej določenim faznim zamikom glede na drugo, vsaj en fazni sukalnik (110a, 11 Ob, 110c), ki je nastavljen za sukanje faznega kota vsaj ene od izmeničnih napetosti od začetnega faznega kota s preklopnim faznim kotom, ki je enak vnaprej določenemu faznemu zamiku, fazni izhod (104), nastavljen za napajanje vsaj ene fazno zamaknjene izmenične napetosti dolvodno v večfazno omrežje za distribucijo električne energije in krmilnik (106), nastavljen za krmiljenje vsaj enega faznega sukalnika (110a, 110b, 110c), ki ima lastnost, daje krmilnik (106) nadalje nastavljen tako, da povzroči, da vsaj en fazni sukalnik (110a, 11 Ob, 110c) sekvenčno zasuče fazni kot vsaj ene vhodne izmenične napetosti preko množice vmesnih faznih kotov.

   Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 1, pri kateri je krmilnik (106) nastavljen tako, da povzroči, da vsaj en fazni sukalnik (110a, 110b, 110c) sekvenčno zavrti fazni kot vsaj ene izmenične napetosti v zaporedju diskretnih korakov ali zvezno.

   ' Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 1 ali 2, pri čemer je krmilnik (106) nastavljen za preklop iz običajnega stanja obratovanja, v katerem je vsaj en fazni sukalnik (110a, 110b, 110c) deaktiviran, v stanje za preklop faze, v katerem je fazni sukalnik (110a, 110b, 110c) aktiviran.

   Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 3, pri čemer je krmilnik (106) nastavljen za aktiviranje vsaj enega faznega sukalnika (110a,

   11 Ob, 11Oc) za vnaprej določeno preklopno periodo uravnavanja faznih obremenitev in pri čemer je vsaj en fazni sukalnik (110a, 11 Ob, 110c) nastavljen za sekvenčno vrtenje faznega kota vsaj ene izmenične napetosti skozi vnaprej določeno preklopno periodo za izravnavo faznih bremen.

   Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 4, pri čemer je preklopna perioda za izravnavo faznih obremenitev vnaprej določena v območju od 0,6 sekund do 10 sekund.

   Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po katerem koli od predhodnih zahtevkov, pri čemer vsaj en fazni sukalnik obsega množico faznih sukalnikov (110a, 11 Ob, 110c), pri čemer je vsak fazni sukalnik (110a, 11 Ob, 110c) nastavljen za vrtenje začetnega faznega kota ene od izmeničnih napetosti s preklopnim kotom, pri čemer je fazni izhod (104) nastavljen za napajanje vseh fazno premaknjenih izmeničnih napetosti dolvodno v večfazno omrežje za distribucijo električne energije.

   Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 5, pri čemer je vsaj en fazni sukalnik tvorjen z enim faznim sukalnikom, ki je nastavljen za obrat začetnega faznega kota ene od izmeničnih napetosti za preklopni kot, pri čemer je fazni izhod nastavljen za dovajanje enofazne zamaknjene izmenične napetosti v spodnji del večfaznega omrežja za distribucijo električne energije.

   Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po katerem koli od predhodnih zahtevkov, pri čemer fazni sukalnik (110a, 11 Ob, 110c) sestavlja transformator v delta-z vezavi (310), ki ima tri primarna navitja (P1, P2, P3), povezana v delta vezavi, in šest sekundarnih navitij (S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b) v z vezavi, pri čemer sta dve od sekundarnih navitij (S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b) sklopljeni z enim od primarnih navitij (P1, P2, P3).

   9. Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 8, pri čemer ima vsako sekundarno navitje (S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b) izvedeno množico odcepov (T1), ki jih krmilnik (106) lahko posamezno aktivira za spreminjanje napetosti, iz sekundarnega navitja (S1a, S1b , S2a, S2b, S3a, S3b).

   10. Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 9, pri čemer je vsaj eden od odcepov (T1) vsakega sekundarnega navitja (S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b) označen za napetost, ki presega nazivno napetost primarnega navitja transformatorja, in pri čemer je krmilnik (106) prilagojen za aktiviranje omenjenega odcepa glede na izmerjeni vhodni tok za kompenzacijo padca napetosti na sekundarnem navitju.

   11. Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po katerem koli od predhodnih zahtevkov, pri čemer krmilnik (106) obsega lokalno implementirano funkcionalno enoto, ki je prilagojena za določanje asimetrije obremenitve in odločanje o prerazporeditvi faz, ki naj jo izvede vsaj en fazni sukalnik (100a, 10Ob, 10Oc) na podlagi zaznane asimetrije obremenitve.

   12. Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 11, pri čemer je lokalno implementirana funkcijska enota prilagojena za določanje asimetrije obremenitve glede na impedanco voda gorvodno od naprave.

   13. Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 12, pri čemer je lokalno implementirana funkcijska enota prilagojena za spremljanje električnega toka skozi napravo za vsaj en dogodek nenadne spremembe in za izračun gorvodne impedance voda na podlagi omrežnega modela, ki vključuje gorvodno impedanco voda, električni tok skozi napravo in druge električne količine kot parameter, pri čemer velja, da parametri, razen spremljanega električnega toka skozi napravo, med dogodkom ostanejo nespremenjeni.

   14. Naprava za izravnavo faznih obremenitev (100) po zahtevku 13, pri čemer je lokalno implementirana funkcijska enota nastavljena za spremljanje električnega toka skozi napravo za množico dogodkov in za izvajanje regresijske analize, ki temelji na zaznanih dogodkih, za izračun gorvodne impedance voda.

   15. Metoda za fazno uravnoteženje bremen v večfaznem omrežju za distribucijo električne energije, kjer:

   množica izmeničnih napetosti z začetnimi faznimi koti z vnaprej določenim medsebojnim faznim zamikom iz gorvodnega dela večfaznega omrežja za distribucijo električne energije napaja bremena, kjer je fazni kot vsaj ene od izmeničnih napetosti zavrten od začetnega faznega kota za preklopni fazni kot, ki je enak vnaprej določenemu faznemu kotu, in se vsaj ena fazno zamaknjena izmenična napetost dovaja dolvodno v večfazno omrežje za distribucijo električne energije, pri čemer ima lastnost, da se fazni kot vsaj ene izmenične napetosti sekvenčno zavrti preko množice vmesnih faznih kotov.