РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ И ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ
VOLTAGE AND TRANSMITTED POWER REGULATOR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике и энергетической электронике, и может быть использовано в сложных замкнутых сетях переменного тока.
Известен регулятор напряжения, содержащий последовательно соединенные выпрямитель, конденсатор и инвертор, в котором вход переменного тока выпрямителя соединен с выходом переменного тока инвертора (СТАТКОМ) [Фокин В.К. Исследование нормальных и анормальных режимов работы СТАТКОМ в условиях ПС 330 кВ "Ржевская" и уточнение технических требований к параметрам силовой схемы СТАТКОМ и его системе регулирования. Отчет НИОКР. М.: ОАО «ВНИИЭ», 2005].
Недостатком этого регулятора является невозможность регулирования передаваемой активной мощности.
Известен динамический регулятор мощности и напряжения для линии передачи переменного тока, содержащий переключатель, выпрямитель и инвертор [Роберт Дж.Нелсон, Доналд Г.Рэми. Динамический регулятор мощности и напряжения для линии передачи переменного тока. Вестингхауз Электрик Корпорейшн (США), 1999].
Недостатком этого регулятора является дискретный режим работы, при котором регулируется либо напряжение, либо передаваемая по линии мощность.
Известен параллельно-последовательный регулятор мощности, содержащий два выпрямителя, два инвертора, два трансформатора и конденсатор [Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2000]. Он принят в качестве прототипа.
Недостатком этого регулятора является невозможность регулирования напряжения в процессе регулирования передачи мощности, а также высокие массогабаритные показатели.
Целью данного изобретения является одновременное регулирование передаваемой мощности и напряжения при упрощении устройства за счет использования одного выпрямителя.
Поставленная цель достигается тем, что регулятор напряжения и передаваемой мощности, содержащий первый и второй силовые трансформаторы, выпрямитель, ко входу переменного тока которого присоединена обмотка низкого напряжения (НН) первого силового трансформатора, конденсатор, первый и второй инверторы, блок управления, причем выходы выпрямителя соединены с конденсатором и входами первого и второго инвертора, которые подключены соответственно к обмотке НН первого и второго силовых трансформаторов, при этом обмотка высокого напряжения (ВН) первого силового трансформатора подключена к узлу сети переменного тока, а обмотка ВН второго силового трансформатора врезана в линию, отходящую от указанного узла сети, дополнительно содержит первый и второй измерительные трансформаторы напряжения, измерительный трансформатор тока, блок измерения напряжения, блок измерения мощности, передаваемой по линии, второй блок управления, блок логики, причем первичная обмотка первого измерительного трансформатора напряжения подключена к узлу сети переменного тока, а вторичная - ко входу блока измерения напряжения; выход блока измерения напряжения подключен к первому входу первого блока управления, второй вход блока управления соединен с первым выходом блока логики, а выход подключен к изолированным затворам биполярных транзисторов первого инвертора; первичной обмоткой измерительного трансформатора тока является участок линии, отходящей от обмотки ВН второго силового трансформатора, вторичная обмотка измерительного трансформатора тока подключена к первому входу блока измерения мощности, передаваемой по линии, к которой подключена первичная обмотка второго измерительного трансформатора напряжения, вторичная обмотка второго измерительного трансформатора напряжения подключена ко второму входу блока измерения мощности, передаваемой по линии, выход которого подключен ко второму входу второго блока управления; первый вход второго блока управления соединен со вторым выходом блока логики, а выход подключен к изолированным затворам биполярных транзисторов второго инвертора.
Устройство содержит: узел сети переменного тока 1, участок линии электропередачи 2, силовые трансформаторы 3, 4, трехфазный выпрямитель 5, конденсатор 6, трехфазные инверторы 7, 8, измерительные трансформаторы напряжения 9, 10, измерительный трансформатор тока 11, блок измерения напряжения 12, блок измерения мощности, передаваемой по линии 13, блоки управления 14, 15, блок логики 16.
Первый трансформатор 3, обмотка ВН которого присоединена к узлу сети переменного тока 1, а обмотка НН - ко входу переменного тока трехфазного выпрямителя 5, соединенного с выходом переменного тока первого трехфазного инвертора 7, цепь постоянного тока которого включена параллельно конденсатору 6, трехфазному выпрямителю 5 и второму трехфазному инвертору 8, выход которого подключен к обмотке НН трансформатора, врезанного в линию, обмотка ВН которого соединена последовательно с линией электропередачи 2. К узлу сети переменного тока 1 подключены последовательно соединенные первый измерительный трансформатор напряжения 9 и блок измерения напряжения 12, выход которого подключен к первому входу первого блока управления 14, второй вход которого соединен с первым выходом блока логики 16, а выход подключен к изолированным затворам биполярных транзисторов первого трехфазного инвертора 7. К линии электропередачи 2 подключен измерительный трансформатор тока 11, вторичная обмотка которого подключена к первому входу блока измерения мощности 13, передаваемой по линии, к которой подключен второй измерительный трансформатор напряжения 10, выход которого подключен ко второму входу блока измерения мощности 13, передаваемой по линии, выход которого подключен ко второму входу второго блока управления 15, выход которого подключен к изолированным затворам биполярных транзисторов второго трехфазного инвертора 8.
Схема устройства приведена на чертеже.
Устройство работает следующим образом. На первичную обмотку трансформатора 3 подается ВН от узла сети переменного тока 1, со вторичной обмотки трансформатора 3 НН подается на вход трехфазного выпрямителя 5, соединенного с выходом первого трехфазного инвертора 7. По линии электропередачи 2, отходящей от узла 1, мощность передается в сторону трансформатора 4, обмотка ВН которого соединена с линией последовательно.
По первому сигналу диспетчера, поступающему на вход блока логики 16, с выхода 1 этого блока на вход 2 первого блока управления 14 поступает сигнал, активизирующий вход 1 первого блока управления 14, на который с выхода блока измерения напряжения 12, подключенного ко вторичной обмотке измерительного трансформатора напряжения 9, поступает сигнал, соответствующий значению напряжения в узле 1. При этом с выхода первого блока управления 14 на изолированные затворы биполярных транзисторов первого трехфазного инвертора 7 поступают импульсы управления, изменяющие частоту и длительность открытия транзисторов инвертора 7, с выхода переменного тока которого напряжение ступенчатой формы, близкой к синусоидальной, подается на обмотку НН трансформатора 3, напряжение обмотки ВН которого взаимодействует с сетевым напряжением через его реактанс и создает в общей цепи ток. Фаза и величина этого тока определяет реактивную мощность, необходимую для поддержания заданного уровня напряжения в узле сети переменного тока 1, т.е. устройство работает в режиме регулятора напряжения в узле сети переменного тока 1 (режим СТАТКОМ).
По второму сигналу диспетчера, поступающему на вход блока логики 16, с выхода 1 этого блока прекращается подача сигнала на вход 2 первого блока управления 14, с выхода которого перестают поступать импульсы управления. Первый трехфазный инвертор 7 отключается. Одновременно с выхода 2 блока логики 16 на вход 1 второго блока управления 15 поступает сигнал, активизирующий вход 2 второго блока управления 15, на который с выхода блока измерения мощности, передаваемой по линии 13, вход 1 которого соединен со вторичной обмоткой измерительного трансформатора тока 11, а вход 2 - с выходом второго измерительного трансформатора напряжения 10, поступает сигнал, соответствующий значению передаваемой активной мощности по линии 2. При этом с выхода блока управления 15 на изолированные затворы биполярных транзисторов второго трехфазного инвертора 8 поступают импульсы управления, изменяющие частоту и длительность открытия транзисторов инвертора 8, с выхода переменного тока которого напряжение ступенчатой формы, близкой к синусоидальной, подается на обмотку НН трансформатора 4, ток обмотки ВН которого, складываясь с током линии, увеличивает (уменьшает) передаваемую по ней активную мощность. В данном режиме устройство регулирует мощность, передаваемую по линии 2 (режим параллельно-последовательного регулятора мощности).
По третьему сигналу диспетчера, поступающему на вход блока логики 16, с выходов 1, 2 этого блока на вход 2 первого блока управления 14 и на вход 1 второго блока управления 15 поступают сигналы, активизирующие входы 1, 2 первого и второго блоков управления 14 и 15 соответственно. При этом с выходов первого и второго блоков управления 14 и 15 импульсы управления поступают на изолированные затворы биполярных транзисторов первого и второго трехфазных инверторов 7 и 8, с выходов которых напряжение ступенчатой формы, близкой к синусоидальной, подается на обмотки НН трансформаторов 3 и 4 соответственно. Напряжение обмотки ВН трансформатора 3 взаимодействует с сетевым напряжением через его реактанс и создает в общей цепи ток. Фаза и величина этого тока определяет реактивную мощность, необходимую для поддержания заданного уровня напряжения в узле 1. Ток обмотки ВН трансформатора 4, складываясь с током линии, увеличивает (уменьшает) передаваемую по ней активную мощность. В данном режиме устройство регулирует напряжение в узле 1 и мощность, передаваемую по линии 2 (режим регулятора напряжения и передаваемой мощности).
Схема может найти применение в сложных сетях крупных мегаполисов, в частности при создании «кольца» линий вокруг мегаполиса.