СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЁХФАЗНОЙ СЕТИ
METHOD FOR COMPENSATION OF VOLTAGE ASYMMETRY IN A THREE-PHASE NETWORK

Предлагаемый способ относится к области электротехники и может быть использован в системах управления электротехническими комплексами, которые обеспечивают стабильную работу системы при подключении потребителей к трёхфазной сети ограниченной мощности, например на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
При подключении потребителей большой мощности к трёхфазной сети ограниченной мощности, например, выполненной на базе ВИЭ, могут возникать аварийные (нестационарные) режимы работы, обусловленные выраженной несимметрией фазных напряжений, вплоть до полной несимметрии и выводу из строя потребителей и сети ограниченной мощности. Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности. Для обеспечения заданного коэффициента несимметрии напряжения в электротехнических комплексах вводится симметрирующее устройство, изображенное на фиг.1, управление которым осуществляется по определенным законам.
Известен способ ввода электрической энергии ветроэнергетической установки (см. патент РФ 2 605 446 С1, H02J 3/26), обеспечивающий подключение к сети и регистрирующий несимметрию в сети с помощью компонентов обратной последовательности. По данному способу ввод электрической энергии осуществляется путём регистрации несимметрии напряжения сети с последующей её компенсацией, причём блок ввода электрической энергии выполняется на основе схемы замещения потребителя, в котором определяется импеданс обратной последовательности. Регулирование этого импеданса осуществляется за счёт фазового угла и регулировочного коэффициента, в зависимости от полученной эквивалентной схемы для обратной последовательности, что обеспечивает частичную компенсацию в несимметричных режимах работа.
Недостатком способа является неполная компенсация несимметрии напряжения при подключении нагрузок к трёхфазной сети.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ компенсации несимметрии напряжения в трёхфазной сети (см. патент РФ 2 686 114 С1, H02J 3/26), являющийся прототипом, в котором по результатам измеряемых мгновенных значений линейных напряжений сети и вычислении управляющих воздействий формируются сигналы на трёхканальный пропорционально-интегральный регулятор в блок управления симметрирующим устройством на основе тиристорных реакторных групп (ТРГ).
Недостатками схем на основе ТРГ является:
Значительное искажение тока в цепях дросселей, вызванное коммутацией тиристоров, которое требует введения дополнительных фильтров.
Проблемой, которую решает изобретение, является устранение влияния несимметричных нагрузок потребителей на показатели качества трёхфазной электрической сети и обеспечении нормальных и предельно допустимых значений коэффициента несимметрии, согласно ГОСТ 13109-97.
Решение указанной проблемы достигается тем, что измеряют мгновенные значения фазных напряжений сети, по результатам измерений производят вычисления мгновенных значений симметричных составляющих напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности, преобразуют их из фазных в декартовые системы координат синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, затем сравнивают их с предварительно установленными напряжениями задания, получают отклонения вычисленных симметричных составляющих от напряжений заданий, которые используют в качестве указанных управляющих воздействий, причём выходные сигналы, полученные после преобразований управляющих воздействий многоканальными ПИ регуляторами преобразуют из декартовых в фазные системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, после чего преобразованные сигналы дополнительно суммируют и подают на блок управления симметрирующим устройством.
Способ поясняется чертежом на фиг. 1, где изображена функциональная схема реализации изобретения.
Схема содержит следующие элементы:
1 – Сеть ограниченной мощности.
2 – Потребитель.
3 – Конденсаторная батарея.
4 – Реактор.
5 – Симметрирующее устройство.
5.1 – Инвертор напряжения.
5.2 – Источник постоянного тока.
5.3 – Блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
6 – Блок вычисления последовательностей.
7 – Блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
8 – Преобразователь координат токов (ПКТ).
9 – Преобразователь координат напряжения (ПКН).
10 – Система управления инвертором.
10.1 – Блок регуляторов прямой последовательности.
10.2 – Блок регуляторов обратной последовательности.
10.3 – Блок регуляторов нулевой последовательности.
11 – Блок суммирования.
12 – Блок обратного преобразования координат.
Измеряемые датчиками тока и напряжения мгновенные значения фазных напряжений и токов сети поступают на блок 6, где с помощью метода симметричных составляющих выполняют выделение на симметричные составляющие напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности напряжения. Затем вычисленные симметричные составляющие поступают на блок фазовой автоподстройки частоты 7, который служит для обеспечения синхронизации трёхфазной сети и симметрирующего устройства по фазе и частоте. Напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности преобразуют из фазных в декартовые системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети для каждой из последовательностей в блоках 8 и 9. После этого, преобразованные мгновенные значения симметричных составляющих напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности сравнивают с предварительно установленными напряжениями задания и получают отклонения вычисленных симметричных составляющих от напряжений заданий, причём напряжение задания прямой последовательности устанавливают равными заданному симметричному режиму работы питающей сети, а напряжения задания для обратной и нулевой последовательности устанавливают равными нулю. Вычисленные отклонения поступают на систему управления 10, а именно, на многоканальную систему ПИ-регуляторов, которые синтезируют по методике подчиненного регулирования с внешним контуром напряжения и внутренним контуром тока, в блоки 10.1, 10.2 и 10.3. Выходные сигналы системы управления для каждой из последовательности суммируют в блоке 11, а в блоке 12 выполняют преобразование из декартовых в фазные системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети. Выходные сигналы блока 12 передают на симметрирующее устройство 5, состоящее из блока широтно-импульсной модуляции 5.3, транзисторного коммутатора 5.1 и источника постоянного тока 5.2.
Предлагаемый способ реализован с использованием транзисторного полупроводникового преобразователя в качестве симметрирующего устройства и основан на разложении вычисленных мгновенных значений фазных напряжений на симметричные составляющие напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности, что позволяет блоку управления симметрирующим устройством с высокой точностью и быстродействием определять и выполнять компенсацию несимметрии в трёхфазной сети при подключении к ней нагрузки и использовать симметричные составляющие напряжений в преобразованных из фазных в декартовые системы координат, синхронизированные и вращающиеся с частотой питающей сети, используя все преимущества линейных систем автоматического управления.