Brevet FR2511557A1 — publié le 19830218

Générateur statique de volts-ampères réactifs. La présente invention concerne les générateurs statiques de VAR, et en particulier les générateurs statiques de VAR utilisant des condensateurs commutés en association avec des inductances commutées pour la régulation d'un réseau en courant alternatif. La commutation de condensateurs dans un tel réseau pour la correction du facteur de puissance ou la commande de la tension doit être effectuée avec un minimum de perturbations sur le système Pour minimiser les perturbations hautes tensions sur le réseau alternatif, on doit mettre en circuit puis isoler les condensateurs au passage par zéro du courant quand la tension du système est à son maximum positif ou négatif Une fois les condensateurs déconnectés du circuit, ils se déchargent graduellement pendant une certaine durée Pour maintenir la tension crête aux bornes des condensateurs, on doit les remettre en circuit à intervalles réguliers La charge des condensateurs provoque des surintensités et des transitoires de tension dans le réseau alternatif De plus, le maintien à la tension maximale des batteries de condensateurs les soumet à des contraintes en tension continue et nécessite des conden- sateurs plus coûteux du type courant continu Le brevet US no 3 703 680 propose de mettre en circuit les batteries de condensateurs pour inverser leur charge toutes les demi-périodes, en synchronisme avec le passage au maximum de la tension du réseau Puisque la charge des batteries de condensateurs s'inverse avec la tension du réseau, on peut maintenir à la tension crête les batteries de condensateurs sans les soumettre à des contraintes de tensions continues, et on peut ainsi utiliser des condensateurs pour courants alternatifs Mais il reste le problème des surintensités de charge et donc des transitoires de tension dans le réseau. Il est souhaitable que la régulation d'un réseau en courant alternatif soit capable de répondre aux besoins du système aussi rapidement que possible Puisque les conden- sateurs doivent être mis en circuit quand le courant du système est nul et que la tension est soit positive, soit négative, les ingénieurs en système de puissance souhaiteraient faire en sorte que quand le système requiert des condensateurs, ils soient disponibles dans les deux polarités et prêts à être mis en circuit au tout prochain passage par zéro du courant Autrement, si le système requiert une augmentation de la capacitance et si, au prochain passage par zéro du courant, la tension du système est positive alors que les condensateurs sont tous chargés négativement, ou vice versa, le système aurait à attendre une demi- période supplémentaire, jusqu'à ce que la tension du système soit égale à la tension des condensateurs Pour résou- dre ce problème, il serait souhaitable d'avoir la possibilité d'inverser la charge des condensateurs quand tous les condensa- teurs de la batterie possèdent la même polarité Toutefois, les ingénieurs hésitent à insérer des condensateurs dans le système pour l'inversion de la charge à cause des perturbations transi- toires du réseau qui en résultent Il serait avantageux de trouver un moyen de commutation pour mettre en circuit une capacitance sans occasionner de perturbations au système On peut également citer en référence le brevet US N O 4 234 843 qui utilise la commutation d'une inductance avec la capacitance. Suivant la présente invention, un générateur sta- tique de VAR comporte des moyens à réactance conçus pour être connectés à un réseau en courant alternatif, un moyen de contrôle de la réaction requise par ledit réseau alternatif, un moyen de commande connecté auxdits moyens à réactance et audit moyen de contrôle pour mettre en circuit lesdits moyens à réactance dans ledit réseau alternatif en fonction des besoins de réaction dudit réseau alternatif, et des moyens antiparasites pour éliminer les transitoires de tension qui peuvent résulter de la connexion desdits moyens à réactance audit réseau alternatif. Les moyens de commutation de capacitance comportent également un procédé pour déterminer la valeur de l'inductance qui est mise en circuit en parallèle et en même temps que la batterie de condensateurs pour éliminer les surintensités de charge dans le réseau. On va maintenant décrire, à titre d'exemple, la présente invention en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 montre un système de génération et de commande de VAR; les figures 2 A-2 E montrent l'évolution de la tension de ligne, de la tension des condensateurs, et de l'intensité en fonction du temps pour les conditions de commutation du système de la figure 1; et la figure 3 montre un schéma du circuit de commu- tation de condensateurs. La figure 1 montre une phase d'un réseau alternatif triphasé comportant deux conducteurs X et Y Les condensateurs C 1 à C 4 sont connectés en parallèle sur les bornes X et Y au moyen des thyristors THC montés têtebêche La self inductance L est également connectée aux bornes X et Y en parallèle avec C 1 à C 4 au moyen des thyristors THL montés tête-bêche La valeur de la self inductance L est ajustée pour fournir la puissance réactive pour déphaser toute capacitance excessive mise en circuit, dépassant les exigences en VAR, en plus de fournir la puissance réactive pour éliminer toute surintensité résultant de la mise en circuit des batteries de condensateurs. On mesure la tension du réseau aux bornes X et Y et la valeur moyenne Vmoy des trois phases est déterminée par le circuit 14 de mesure de la tension Ce circuit peut utiliser les techniques classiques pour mesurer la valeur moyenne des trois phases, la valeur moyenne d'une seule phase, la valeur efficace d'une seule phase, etc du réseau alternatif Un générateur 20 d'erreur compare la tension VMOY mesurée avec une tension de référence Vref' La différence entre Vrefet VMOY est le signal d'erreur Ve qui est appliqué à un amplificateur 22 d'erreur Le gain de cet amplificateur 22 d'erreur est ajusté par le potentiomètre DR de réglage de l'affaiblissement de sorte que la sortie totale de VAR des condensateurs est fournie pour un affaiblissement autorisé ou spécifié de la tension du réseau alternatif L'amplificateur d'erreur 22 peut être un amplificateur de courant continu classique pour signaux faibles avec des caractéristiques de fréquence appropriées pour assurer 251155 ? le temps de réponse et la stabilité nécessaire Le signal d'erreur amplifié VARD est donc proportionnel à la puissance réactive requise pour équilibrer le réseau afin de maintenir ses variations de tension à l'intérieur des limites spécifiées. Ce signal VARD d'erreur amplifié ou signal de demande de VAR est appliqué au comparateur 24 de demande de VAR qui détermine le nombre de batteries de condensateurs à mettre en circuit pour fournir les VAR capacitifs pour équilibrer le réseau alternatif Ce comparateur 24 de demande de VAR est un compa- rateur à N niveaux (o N représente le nombre de batteries de condensateurs pour chaque phase du générateur de VAR) dé- terminant les points de demande de VAR o l'on doit mettre en circuit ou déconnecter du système une batterie supplémentaire de condensateurs. Les signaux logiques BK 1 à BK 4 provenant du compa- rateur 24 de demande de VAR représentant l'état requis (en ou hors circuit) des batteries de condensateurs correspondantes, sont envoyés au circuit logique 32 pour la commutation des condensateurs Ce circuit logique 32 sélectionne la batterie de condensateur dont la tension de charge est égale à la tension du système au prochain passage par zéro de l'intensité Un circuit 18 de temporisation synchrone agit en relation avec un circuit 34 de commutation de condensateurs pour temporiser l'addition ou la soustraction de condensateurs au réseau alter- natif Le circuit 18 de temporisation synchrone délivre princi- palement les signaux de temporisation adéquats pour que les réactances commandées par thyristor soient mises en oeuvre en synchronisme avec les tensions du réseau alternatif Ce circuit de temporisation synchrone peut être réalisé comme celui décrit dans le brevet US n' 3 999 117. Le circuit 34 de commutation de condensateurs contrôle la tension aux bornes des commutateurs THC de condensateurs du type à l'état solide et délivre en sortie un signal logique quand cette tension est suffisamment basse pour permettre une commutation sans transitoires d'une batterie de condensateurs. La tension aux bornes des commutateurs THC du type à l'état solide est la différence entre la tension des condensateurs et la tension du réseau alternatif Théoriquement, l'instant exact pour mettre en circuit une batterie de condensateurs est le moment o la tension aux bornes du commutateur à l'état solide est nulle, c'est-à-dire quand la tension du réseau alternatif égale la tension des condensateurs Les figures 2 A à 2 E montrent différentes conditions de commutation et leurs effets sur le réseau alternatif La figure 2 A montre la situation o une batterie de condensateurs est mise en circuit et la tension de charge des condensateurs est nulle, comme c'est le cas à la lo première mise sous tension On peut noter la forte surintensité au moment de la mise en circuit Ceci provoque des transitoires de tension dans le réseau alternatif Les figures 2 B et 2 C montrent des situations théoriques de commutation o la -tension de charge des condensateurs égale la tension du réseau alter- natif On peut noter l'absence de surintensités quand les condensateurs sont mis en ou hors circuit La figure 2 D montre la situation de la commutation d'un condensateur qui se décharge. On peut à nouveau noter la surintensité au moment de la mise en circuit La figure 2 E montre la situation de la commutation d'un condensateur trop chargé On peut donc voir facilement que de fortes surintensités sont provoquées quaniles condensateurs sont mis en circuit aux instants o les tensions des condensa- teurs ne sont pas égales à la tension du réseau alternatif. La figure 3 montre une réalisation possible du circuit 34 de commutation de condensateurs qui autorise la com- mutation des condensateurs au moment o la tension des conden- sateurs est en synchronisme le plus étroit possible avec le signal TSL de tension du système délivré par le circuit 18 de temporisation synchrone Le circuit 34 de commutation des con- densateurs comporte un amplificateur différentiel et deux comparateurs, dont l'un reçoit par une porte ET le signal TSL de temporisation, provenant du circuit 18 de temporisation synchrone. En plus des signaux BK 1 à BK 4, cités plus haut, appliqués au circuit logique 32 montré figure 1, les sorties SW 1 à SW 4 du circuit 34 de commutation de condensateurs qui défini les instants o les batteries de condensateurs peuvent être commutées avec le minimum de perturbation au réseau sont également appliquées à l'entrée du circuit loqigue 32 en même temps que le signal de temporisation VTSL du circuit 18 de tem- porisation synchrone Le circuit logique 32 détermine, en fonction des informations reçues du comparateur 24 de demande de VAR du circuit 34 de commutation de condensateurs et du circuit 18 de temporisation synchrone, quelles batteries de condensateurs doivent être mises en ou hors circuit pour délivrer la demande de VAR sans provoquer de transitoires appréciables sur le réseau Une fois la sélection de la batterie de condensateurs effectuée, le circuit logique délivre les signaux logiques de déclenchement Dl à D 4 au circuit d'amorçage 29 qui réalise à son tour l'amorçage des thyristors appropriés commutant les batteries de condensateurs sélectionnées. Le circuit logique 32 délivre également les signaux logiques de déclenchement Gi à G 4 au circuit 26 d'ajustage d'erreur indiquant quelles batteries de condensateurs sont commutées Le circuit 26 d'ajustage d'erreur compare les signaux d'amorçage de condensateurs provenant du circuit loqique 32 avec le signal de demande de VAR de l'amplificateur d'erreur 22 et délivre en sortie un signal VARDE d'erreur de demande de VAR à un convertisseur 28 de transformateur d'erreur en angle d'amorçage Le signal VARDE d'erreur de demande de VAR sert à compenser une erreur quelconque dans la valeur de la capacitance qui a été mise en circuit, en plus de corriger une éventuelle surintensité de charge de la capacitance en délivrant le signal de sortie EFA aux circuits d'amorçage 29 pour mettre en circuit une inductance de compensation qui déphase effica- cement les courants provoqués par une capacitance excessive. Un signal délivré par le circuit 18 de temporisation synchrone au convertisseur 28 de transformateur d'erreur en angle d'amor- çage synchronise la mise en circuit de l'inductance avec les batteries de condensateurs Le convertisseur d'erreur en angle d'amorçage peut être du type décrit dans le brevet US no 3 999 117. On peut voir que la présente invention propose un générateur statique de VAR original qui réduit au minimum les surintensités de charge de condensateurs et donc les transi- toires de tension sur un réseau alternatif en prédéterminant la valeur de l'inductance qui doit être commutée simultanément avec une valeur discrète de capacitance pour éliminer les su- rintensités et les transitoires de tension dans le réseau. La présente invention se différencie des autres conceptions de générateur statique de VAR puisque la caractéristique de la prédétermination de la valeur de l'inductance de compensation qui serait nécessaire pour l'élimination des parasites et de la commutation simultanée de la capacitance nécessaire et de l'inductance de compensation dans le réseau alternatif donne au système une plus grande souplesse d'emploi et une plus grande fiabilité. REVEND I CATI ONS 1 Générateur statique de VAR caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens réactifs (C 1 à C 4) destinés à être connectés à un réseau à courant alternatif, un moyen de contrôle ( 14) pour contrôler les besoins de réaction dudit réseau alter- natif, un moyen de commande ( 29,34) connecté auxdits moyens réactifs et audit moyen de contrôle pour mettre en circuit lesdits moyens réactifs dans le réseau en fonction des besoins de réaction dudit réseau alternatif, et un moyen (L) de sup- 1 o Pression de surtensions pour éliminer les transitoires de tension qui peuvent résulter de la connexion desdits moyens réactifs audit réseau alternatif. 2 Générateur-statique de VAR suivant la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens réactifs comportent une capacitance (C 1 C 4) et une inductance (L) con- nectés en parallèle aux bornes (X,Y) dudit réseau alternatif par des thyristors (THC, THL) montés tête-bêche. 3 Générateur statique de VAR suivant la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de com- mande comportent un circuit ( 14) de mesure de la tension du réseau alternatif, un circuit de mesure de la tension de réactance, un circuit ( 18) de temporisation synchrone, et un circuit ( 34) de commutation de réactance, et que ledit circuit de commutation de réactance est destiné à commuter lesdits moyens réactifs dans le réseau alternatif à la réception d'un signal provenant du circuit de temporisation synchrone au moment o ledit circuit de mesure de la tension de réactance détermine que la tension de réactance est égale à la tension du réseau alternatif mesurée par ledit circuit de mesure de la tension du réseau alternatif. 4 Générateur statique de VAR suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit moyen de suppression de surtensions comporte un circuit ( 26) d'ajustage d'erreur avec lesdits moyens de commande destiné à prédéterminer la valeur de la surintensité capacitive afin de connecter une réactance inductive (L) en synchronisme avec la réactance capacitive pour éliminer les surintensités capa- citives afin de réduire au minimum les transitoires de tension dans ledit réseau alternatif.