UA16724U

UA16724U - Method of pulse-amplitude and time-proportional control of alternating voltage

Info

Publication number: UA16724U
Application number: UAU200602571U
Authority: UA
Inventors: Volodymyr Yevhenov Shesterenko; Oleksandra Volodym Shesterenko
Original assignee: Nat Univ Food Technologies
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2006-08-15

Abstract

The proposed method of pulse-amplitude and time-proportional control of sine alternating voltage consists in varying the pulse amplitude, according to the instantaneous values of the voltage, and the pulse length according to the active values of the voltage. The variation of the pulse length is accomplished by displacing the leading and trailing pulse edges.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до обладнання електричних мереж і може використовуватись для регулювання 2 напруги в мережах загального призначення, на затискачах окремих електроприймачів, а також в освітлювальних мережах.The useful model refers to the equipment of electrical networks and can be used to regulate 2 voltage in general purpose networks, on the clamps of individual electrical receivers, as well as in lighting networks.

Відомий спосіб імпульсного регулювання, в якому для трифазних систем регулювання напруги здійснюється пофазно. |Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повьішение качества знергии в злектрических сетях. -К: Наук. думка, 1985. - 268с.. Недоліками зазначеного способу є обмежена галузь використання, оскільки для реалізації 710 способу в трифазних системах необхідно використовувати однофазні елементи.There is a known method of pulse regulation, in which for three-phase systems voltage regulation is carried out phase by phase. |Shydlovsky A.K., Kuznetsov V.G. Improving the quality of energy in electrical networks. -K: Science. dumka, 1985. - 268 p. The disadvantages of the specified method are the limited field of use, since for the implementation of the 710 method in three-phase systems it is necessary to use single-phase elements.

За найближчий аналог вибрано спосіб регулювання змінної напруги шляхом імпульсно-фазового регулювання (Ав.св. СРСР Мо888299 МКП Н 02 М 5/12. Способ регулирования переменного напряжения /As the closest analogue, the method of regulating alternating voltage by means of pulse-phase regulation was chosen (Av.sv. USSR Mo888299 MKP N 02 M 5/12. Method of regulating alternating voltage /

М.Т.Романенко, С.В.Вакуленко, В.Є.Шестеренко, Бюл. Мо45 від 07.12.1981.M. T. Romanenko, S. V. Vakulenko, V. Ye. Shesterenko, Byul. Mo45 dated 07.12.1981.

Недоліком найближчого аналогу є те, що спосіб призначений тільки для регулювання напруги на затискачах 72 окремих електроприймачів.The disadvantage of the closest analogue is that the method is intended only for adjusting the voltage on the clamps of 72 individual electric receivers.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу регулювання напруги, який задовольняв би сучасним вимогам по економічним показникам і відповідав би вимогам стандарту на якість електроенергії.The basis of a useful model is the task of creating a voltage regulation method that would satisfy modern requirements for economic indicators and meet the requirements of the electricity quality standard.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі регулювання змінної напруги, що передбачає імпульсно-фазове регулювання, відповідно до корисної моделі, напругу формують з двох кривих - синусоїди напруги мережі та послідовності імпульсів, висота яких змінюється по синусоїдальному закону, а ширина - по лінійному, регулюють напругу синхронною зміною ширини всіх імпульсів, однакової для кожного з них в будь-який момент часу, шляхом зміщення фронтів імпульсів.The problem is solved by the fact that in the method of adjusting the alternating voltage, which involves pulse-phase regulation, according to the useful model, the voltage is formed from two curves - the sinusoid of the network voltage and the sequence of pulses, the height of which varies according to the sinusoidal law, and the width - according to the linear law, adjust the voltage by synchronously changing the width of all pulses, the same for each of them at any moment in time, by shifting the pulse fronts.

Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом. Сучасні електричні системи характеризуються багатоступеневою трансформацією та великою довжиною ліній різних напруг. При 22 зміні величини навантажень має місце зміна напруги у досить значних межах, що суттєво перевищують -о допустимі. У таких умовах забезпечити допустимий режим напруги тільки генераторами електростанцій неможливо. Необхідно застосовувати додаткові регулювальні пристрої, причому закони регулювання напруги мають установлюватися з умов забезпечення найекономічнішої спільної роботи джерел реактивної потужності, електричних мереж та електроприймачів. При цьому регулювання у мережах вищої напруги, що живлять М розподільчі мережі, направлене на поліпшення техніко-економічних показників роботи мереж шляхом зниження с втрат енергії в них. У розподільчих мережах закони регулювання напруги мають забезпечити оптимальний режим напруги на затискачах споживачів. Величина напруги повинна визначатися виходячи з мінімуму збитків, - спричинюваних споживачам в разі, коли напруга на затискачах електроприймачів відрізняється від номінальної. Ге)Causal relationship between the proposed features and the technical result. Modern electrical systems are characterized by multi-stage transformation and long lines of different voltages. When 22 changes in the amount of loads occur, there is a change in voltage within fairly significant limits, which significantly exceed the allowable ones. In such conditions, it is impossible to ensure the permissible voltage regime only with power plant generators. It is necessary to apply additional regulating devices, and voltage regulation laws should be established from the conditions of ensuring the most economical joint operation of reactive power sources, electrical networks and electrical receivers. At the same time, regulation in higher voltage networks feeding M distribution networks is aimed at improving the technical and economic performance of the networks by reducing energy losses in them. In distribution networks, voltage regulation laws must ensure the optimal voltage regime at consumers' terminals. The value of the voltage should be determined based on the minimum damage caused to consumers in the event that the voltage on the terminals of the electrical receivers differs from the nominal one. Gee)

Регулювання напруги забезпечує компенсацію втрат напруги у системі електропостачання з метою 3о підтримування заданої якості напруги на затискачах електроприймачів. --Voltage regulation provides compensation for voltage losses in the power supply system in order to maintain the specified quality of voltage at the terminals of electrical receivers. --

У загальному вигляді напруга у споживачів: о-рупкв- ПЕ ВІВюВЬ ско) « ном де Е - добавка напруги, утворювана пристроями регулювання; - с Р, О - активна та реактивна потужності споживання; ц Оку - реактивна потужність компенсуючих пристроїв; "» (хі-хс) - реактивний опір мережі.In the general form, the voltage at consumers: o-rupkv-PE VIVyuVB sko) « nom de E - voltage supplement, formed by regulation devices; - с Р, О - active and reactive power consumption; ts Oku - reactive power of compensating devices; "» (hi-khs) - reactive resistance of the network.

Діапазон відхилень напруги: 45. 4-5Меп-аИ вп я ЗМтпп- ЗМ гпп- (Аг вп АМсппвп НЕ Е т де 5 Огп - відхилення напруги на зажимах електроприймача.The range of voltage deviations: 45. 4-5 Mep-aY vp i ZMtpp- ZM gpp- (Ag vp AMsppvp NE E t de 5 Ogp - voltage deviation at the terminals of the electroreceiver.

Ме, З Огпп - відхилення на шинах 6...10кВ ГПП. -і А Огпп. єп - Втрати напруги в системі електропостачання від ГПП до зажимів електроприймача. з 50 У Е - сума добавок напруги, які створюють всі засоби регулювання напруги.Me, Z Оgpp - deviation on the 6...10kV GPP buses. - and A Огпп. еп - Voltage losses in the power supply system from the GPP to the terminals of the power receiver. with 50 UE - the sum of voltage additions created by all means of voltage regulation.

Розрахунок режиму напруг необхідно виконувати для максимального та мінімального навантаження поThe calculation of the stress mode must be performed for the maximum and minimum load according to

Т» добовому графіку.T" daily schedule.

Для забезпечення заданого режиму напруги можна використовувати такі методи, як видно з рівняння: вв аМгпп-зМ"гдп 7 регулювання напруги на шинах ГПП.To ensure the specified voltage regime, the following methods can be used, as can be seen from the equation: вв аМгпп-зМ"гдп 7 voltage regulation on the GPP buses.

АМТпповп- АГП оєпо 7 зменшення втрат напруги електропостачання. їн УЕ-У Е" - застосування локальних регуляторів напруги.AMTppovp- AGP OEPO 7 reduction of power supply voltage losses. "UE-UE E" - application of local voltage regulators.

При регулюванні напруги на шинах ГПП режим напруги змінюється по всій системі електропостачання. Цей бо метод називається централізованим регулюванням.When adjusting the voltage on the GPP buses, the voltage regime changes throughout the power supply system. This method is called centralized regulation.

Зменшення втрат напруги. Метод ефективний, але вимагає великих інвестицій, оскільки для його реалізації необхідно: - збільшити переріз провідника; - прокласти ще одну лінію. 65 Застосування локальних регуляторів. Цей метод дуже ефективний і рекомендується для широкого впровадження.Reduction of voltage losses. The method is effective, but requires large investments, since for its implementation it is necessary: - to increase the cross-section of the conductor; - lay another line. 65 Application of local regulators. This method is very effective and is recommended for widespread implementation.

Відхилення напруги по діючому в Україні ГОСТ 1310997 допускаються 590) ом.Voltage deviations according to GOST 1310997 in force in Ukraine are allowed 590) ohms.

Будемо при розрахунку режиму напруги розглядати тільки 2 точки в системі електропостачання. А - це найближчий електроприймач, В - найбільш віддалений електроприймач.When calculating the voltage regime, we will consider only 2 points in the power supply system. A is the closest electrical receiver, B is the farthest electrical receiver.

Для точки А в режимі максимуму:For point A in maximum mode:

Вид кВKind of kV

В режимі мінімуму (595) ом) вд виIn the mode of minimum (595) ohms) you are connected

По верхньому допустимому значенню Ж-5905 перевіряється тільки найближча точка в системі електропостачання.According to the upper permissible value of Zh-5905, only the nearest point in the power supply system is checked.

По нижньому допустимому значенню -595 перевіряється тільки найбільш віддалена точка В - точка, в якій втрати напруги найбільші.According to the lower permissible value -595, only the farthest point B is checked - the point where the voltage losses are the greatest.

Централізоване регулювання дає позитивні результати тільки в тому випадку, коли всі приймачі однорідні, 7/5 однак якщо електроприймачі не однорідні, регулювання ведеться по групі більшої потужності. Для інших електроприймачів необхідно використовувати локальні регулятори.Centralized regulation gives positive results only if all the receivers are homogeneous, 7/5 but if the electrical receivers are not homogeneous, regulation is carried out by the group of higher power. For other electric receivers, it is necessary to use local regulators.

Трансформатори з РПН є ефективним засобом регулювання напруги. Проте блок РПН дуже дорогий і трансформатори малої потужності виготовляються з перемиканням регульованих відгалужень без збудження (ПБЗ). У зв'язку з цим на ЦП встановлюють трансформатори з РПН, що забезпечують централізоване го регулювання, яке може бути достатнім засобом регулювання напруги, якщо споживачі відгалужених ліній однорідні за графіком навантажень, за величиною втрат напруги і якщо ці втрати не перевищують певних значень.Tap-changer transformers are an effective means of voltage regulation. However, the on-load tap-changer unit is very expensive and low-power transformers are manufactured with regulated tap-change without excitation (PBZ). In this regard, tap-changer transformers are installed on the CPU, which provide centralized regulation, which can be a sufficient means of voltage regulation, if the consumers of the branched lines are homogeneous according to the load schedule, according to the amount of voltage losses, and if these losses do not exceed certain values.

Проте централізоване регулювання не може повною мірою розв'язати задачу живлення усіх споживачів електроенергії напругою високої якості, бо графіки навантажень окремих споживачів відрізняються часто від сумарного графіка навантаження розподільних ліній. Крім того, до якості напруги на затискачах деяких приймачів ставляться жорсткіші вимоги за величиною відхилення напруги. У зв'язку з безперервним зростанням З навантажень змінюються втрати напруги у мережах ВН і будь-який з трансформаторів, установлених в ТП, може опинитися в несприятливих умовах. Через те що на ТП застосовуються трансформатори з ПБЗ, режим напруги на шинах 0,4кКВ суттєво залежить від добавки напруги в центрі живлення. У зв'язку з цим, при підімкненні до «ІHowever, centralized regulation cannot fully solve the problem of supplying all electricity consumers with high-quality voltage, because the load schedules of individual consumers often differ from the total load schedule of distribution lines. In addition, the quality of the voltage at the terminals of some receivers is subject to stricter requirements in terms of the amount of voltage deviation. In connection with the continuous growth of Z loads, voltage losses in HV networks change and any of the transformers installed in TP may find themselves in unfavorable conditions. Due to the fact that PBZ transformers are used at the TP, the voltage regime on the 0.4kV buses depends significantly on the addition of voltage in the power supply center. In this regard, when connecting to "I

ГПП лінії, що живить різнорідні споживачі, для забезпечення належної якості напруги в електроприймачів, графіки навантаження яких відрізняються від графіка основної групи споживачів, необхідно використовувати с засоби місцевого регулювання напруги. У процесі експлуатації слід найповніше і найекономічніше ї- використовувати наявні засоби регулювання - конденсаторні установки (КУ). Можливості КУ в області регулювання напруги дуже обмежені і різко залежать від параметрів мережі та навантажень. | все-таки на оIn order to ensure the proper quality of the voltage in the electrical receivers whose load schedules differ from the schedule of the main group of consumers, it is necessary to use means of local voltage regulation of the GPP line feeding heterogeneous consumers. In the process of operation, it is necessary to make the most complete and economical use of the available means of regulation - capacitor units (CU). The possibilities of KU in the field of voltage regulation are very limited and strongly depend on network parameters and loads. | after all, on

Зз5 Сьогодні КУ є практично єдиним місцевим регулятором напруги у багатьох пунктах мережі. Тим більше, що «-- використання їх для цілей регулювання напруги не потребує додаткових капітальних затрат, оскільки конденсаторні батареї встановлені для підвищення коефіцієнта потужності.Зз5 Today, KU is practically the only local voltage regulator in many points of the network. Moreover, "-- using them for voltage regulation purposes does not require additional capital costs, since the capacitor banks are installed to increase the power factor.

Проте найперспективнішим є метод регулювання шляхом дії на напругу і на реактивну потужність. При цьому пристрої керування регулятором напруги та КУ мають бути взаємозв'язані чи навіть змонтовані в одному блоці. «However, the most promising is the method of regulation by acting on voltage and reactive power. At the same time, the control devices of the voltage regulator and CU must be interconnected or even mounted in the same unit. "

Необхідність застосування регулювальних пристроїв у мережі визначається виходячи з одержання максимально у с можливих передбачуваних втрат напруги у високо- та низьковольтній мережах при допустимих відхиленнях й напруги на затискачах приймачів. «» Питання про оптимальні рівні напруги неможливо розв'язати без примусової зміни напруги в процесі експлуатації, тобто регулювання його.The need to use regulating devices in the network is determined based on obtaining the maximum possible estimated voltage losses in high- and low-voltage networks with permissible deviations and voltage at the receiver terminals. "" The issue of optimal voltage levels cannot be solved without a forced change of voltage during operation, that is, its regulation.

Введення у мережу додаткової добавки напруги з допомогою регулятора напруги дозволяє знизити вартість - мережі за рахунок зменшення перерізу проводів.Introducing an additional voltage supplement into the network with the help of a voltage regulator allows you to reduce the cost of the network by reducing the cross-section of the wires.

Необхідно шукати методи та пристрої з малим, допустимим для електричних мереж ступенем спотворення б синусоїди вищими гармоніками. При цьому необхідно враховувати стандарт на якість напруги, що регламентує -І несинусоїдальність в мережах та на зажимах електроприймачів.It is necessary to look for methods and devices with a small degree of distortion of the sine wave by higher harmonics, permissible for electrical networks. At the same time, it is necessary to take into account the voltage quality standard, which regulates -I non-sinusoidality in networks and at the terminals of electrical receivers.

Технічна суть запропонованого способу пояснюється кресленнями, на яких зображено: де Фігла - крива напруги, що являє собою суму двох кривих: синусоїди напруги мережі та послідовностіThe technical essence of the proposed method is explained by the drawings, which show: where Figla is the voltage curve, which is the sum of two curves: the sinusoids of the network voltage and the sequence

Та» імпульсів, висота яких змінюється по синусоїдальному закону, а ширина - по лінійному.And" pulses, the height of which changes according to the sinusoidal law, and the width - according to the linear law.

Фіг.16 - послідовність імпульсів, яку можна розглядати як один із видів амплітудне - імпульсної модуляції (АЇІМ) із змінною шириною імпульсів та стабільною амплітудою модулюючої напруги.Fig. 16 - a sequence of pulses, which can be considered as one of the types of amplitude-pulse modulation (AMPM) with a variable width of pulses and a stable amplitude of the modulating voltage.

Тут ву - напруга на вході регулятора, що працює із застосуванням запропонованого способу; вих - напруга на виході; с 1, 2...8 - номер імпульсу; о. - ширина імпульсу; в," - кути переднього та заднього фронтів імпульсу. бо Напруга по способу являє собою суму двох кривих: синусоїди напруги мережі та послідовності імпульсів, висота яких змінюється по синусоїдальному закону, а ширина - по лінійному. У відповідності із загальноприйнятою класифікацією дану напругу можна розглядати як один із видів амплітудне-імпульсної модуляції (АІМ) із змінною шириною імпульсів та стабільною амплітудою модулюючої напруги.Here vu is the voltage at the input of the regulator that works using the proposed method; output - output voltage; c 1, 2...8 - pulse number; at. - pulse width; c" - the angles of the leading and trailing edges of the pulse. Because the voltage according to the method is the sum of two curves: the sinusoids of the mains voltage and the sequence of pulses, the height of which varies according to the sinusoidal law, and the width - according to the linear law. In accordance with the generally accepted classification, this voltage can be considered as one of the types of amplitude-pulse modulation (AIM) with a variable pulse width and a stable amplitude of the modulating voltage.

До основних параметрів, що характеризують даний вид АЇМ, відносять коефіцієнт послідовності імпульсів т, бо що дорівнює числу імпульсів в одному періоді напруги модуляції, частота якої дорівнює частоті мережі т- ноThe main parameters characterizing this type of AIM include the pulse sequence coefficient t, which is equal to the number of pulses in one period of the modulation voltage, the frequency of which is equal to the network frequency t

Ї де ї, - несуча або модульована частота.І de і, - carrier or modulated frequency.

Миттєве значення цієї напруги вдо - Чех 420 віпоі де 0 - діапазон регулювання пристрою, є - кутова частота. 70 Ефект регулювання напруги О вуу досягається синхронною зміною ширини : всіх імпульсів, однакової для кожного з них в будь-який момент часу. В трьох граничних режимах, коли добавка напруги Е- 4Е дах або дорівнює нулю, регулятор працює без спотворення напруги О вух.The instantaneous value of this voltage is Czech 420 where 0 is the adjustment range of the device, and is the angular frequency. 70 The effect of voltage regulation О vuu is achieved by the synchronous change of the width: of all pulses, the same for each of them at any moment of time. In the three limit modes, when the additive voltage E-4E is zero or equal to zero, the regulator works without distortion of the voltage O ears.

Ефект регулювання напруги О вуу досягається синхронною зміною ширини 2: всіх імпульсів, однакової для кожного з них в будь-який момент часу: 75 а) одностороннє шляхом зміщення задніх фронтів б) двостороннє шляхом одночасного зміщення передніх та задніх фронтів в) одностороннє при зміщенні тільки передніх фронтів Використання напруги з АЇМ призводить до спотворення форми напруги І виу. Ступінь спотворення можна визначити кількома способами. Основним критерієм оцінки несинусоїдальності напруги є гармонічний склад напруги. Одним із важливих параметрів АЇІМ є скважність ой ї де ї - тривалість імпульсу, ід - тривалість паузи між імпульсами.The effect of voltage regulation О vuu is achieved by the synchronous change of the width 2: of all pulses, the same for each of them at any moment of time: 75 a) one-sided by shifting the rear edges b) two-sided by simultaneously shifting the front and rear edges c) one-sided by shifting only of the leading edges. The use of voltage from AIM leads to distortion of the shape of the voltage of the I output. The degree of distortion can be determined in several ways. The main criterion for assessing non-sinusoidal voltage is the harmonic composition of the voltage. One of the important parameters of AIIM is the duty cycle oi i where i is the duration of the pulse and id is the duration of the pause between pulses.

Скважність для напруги добавки може змінюватися в межах 7 1к око що викликає труднощі при дослідженні АІМ. Тому як параметр, що характеризує регулювальну властивість імпульсного регулятора, прийнято ступінь регулювання м - величина, що зворотна скважності ц Що з с счThe duty cycle for the additive voltage can vary between 7 and 1k, which causes difficulties in the study of AIM. Therefore, as a parameter characterizing the control property of the pulse regulator, the degree of regulation m is accepted - the value that is the inverse of the duty cycle ц What with с сч

Враховуючи, що со, характеризує тривалість імпульсів, ступінь регулювання - от " - це зд сTaking into account that so characterizes the duration of pulses, the degree of regulation - ot " - is zd s

Вибір значення несучої частоти ї, можна виконати, встановивши зв'язок між коефіцієнтом послідовності - імпульсів та несинусоїдальністю напруги на виході.The selection of the value of the carrier frequency can be performed by establishing a relationship between the coefficient of the sequence of pulses and the non-sinusoidal nature of the output voltage.

Вищі гармоніки спектру розміщуються у вигляді сплесків окремих гармонічних, біля яких знаходяться гармоніки меншої інтенсивності. Затухання амплітуд сплесків вищих гармонік відбувається по закону, близькому до експоненціального. Амплітуда першого сплеску з ростом Її, розміщується в сторону збільшення номера « дю гармонік, не змінюючись при цьому по величині. Частота гармонік першого сплеску - с Т.- т. ц В процесі роботи регулятора несуча частота та частота мережі можуть змінюватися в сторону підвищення чи "» пониження. Величина цих змін та час їх з'явлення є випадковими величинами. Під час таких відхилень частот розміщення імпульсів напруги з АЇМ відносно синусоїди напруги мережі може змінюватись. Більш того, послідовність імпульсів може постійно "плавати" відносно синусоїди мережі зі швидкістю, що залежить від - ковзання частот.The higher harmonics of the spectrum are placed in the form of bursts of individual harmonics, near which there are harmonics of lower intensity. The attenuation of the amplitudes of bursts of higher harmonics occurs according to a law close to exponential. The amplitude of the first burst with the growth of It is placed in the direction of increasing the number of harmonics, without changing in size. The frequency of the harmonics of the first surge - s T.- t. ts During the operation of the regulator, the carrier frequency and the frequency of the network can change in the direction of increase or "" decrease. The magnitude of these changes and the time of their appearance are random values. During such deviations of the placement frequencies of voltage pulses from the AIM relative to the sinusoid of the mains voltage can vary. Moreover, the sequence of pulses can constantly "float" relative to the sinusoid of the mains at a speed that depends on - frequency slippage.

Оскільки амплітуди імпульсів промодульовані по синусоїді, а тривалість імпульсів та пауз між нимиSince the amplitudes of the pulses are modulated by a sinusoid, and the duration of the pulses and the pauses between them

Ф залишаються без змін, ні величина напруги добавки, ні фаза цієї напруги не змінюються при зміщенні імпульсів, -І оскільки таке зміщення не впливає на ступінь регулювання ж. т 50 Вказана властивість АІМ дозволяє застосувати більш дешеву та просту схему керування регулятором напруги. с»Ф remain unchanged, neither the value of the additive voltage nor the phase of this voltage changes when the pulses are shifted, -And since such a shift does not affect the degree of regulation of the same. t 50 The indicated property of AIM allows to use a cheaper and simpler voltage regulator control scheme. with"

Claims

The formula of the invention

The method of pulse regulation of alternating voltage with amplitude-pulse modulation and with width-pulse regulation of the value, which involves pulse-phase regulation, which differs in that the voltage is formed from two curves - sinusoids of the network voltage and a sequence of pulses, the height of which varies according to the sinusoidal law, and the width - linearly, the voltage is regulated by a synchronous change in the width of all pulses, which is the same for each of them at any moment in time, by shifting the pulse fronts.

b5