РЕАКТОРНАЯ ГРУППА, КОММУТИРУЕМАЯ ТИРИСТОРАМИ
REACTOR GROUP, SWITCHED BY THYRISTORS

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей. Подобные устройства широко применяются в электроэнергетике, электроприводе, электротермии, электролизе, преобразовательной технике, для плавного регулирования реактивной мощности в электрической сети, как в режиме ее потребления, так и генерации в составе управляемых шунтирующих реакторов и комбинированных статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.
Известен управляемый шунтирующий реактор, использующий стальной сердечник в качестве магнитопровода. Управление индуктивностью реактора осуществляется за счет воздействия на состояние магнитопровода сердечника с помощью изменения тока подмагничивания в дополнительной обмотке управляемого шунтирующего реактора и изменения положения рабочей точки сердечника на нелинейной кривой намагничивания его стали. Дополнительная обмотка подключается к регулятору тока, построенному на основе управляемых ключей. Система управления регулятором управляет состоянием управляемых ключей и тем самым регулирует величину тока подмагничивания управляемого шунтирующего реактора, изменяя его индуктивность (Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей. 2-е дополненное издание. Под ред. Д.т.н., проф. A.M. Брянцева. - М.: «Знак». 2010. 288 с. Ил.).
К недостаткам такого устройства относятся сложная конструкция управляемого шунтирующего реактора и цепей управления, наличие дополнительных потерь в стали сердечника и нелинейных искажений в кривой тока управляемого шунтирующего реактора, что требует применения дополнительных фильтров высших гармоник и приводит к усложнению схемы управляемого шунтирующего реактора.
Известна реакторная группа, коммутируемая тиристорами, использующая параллельно соединенные ветви, каждая из которых содержит реактор с последовательно подключенным к нему двунаправленным тиристорным ключом. Реализация фазового управления тиристорным ключом в каждой из параллельно соединенных ветвей позволяет осуществлять в ней плавное регулирование тока. Применение нескольких параллельно соединенных ветвей, каждая из которых состоит из реактора и двунаправленного тиристорного ключа, обеспечивает требуемую величину тока в реакторной группе и уменьшение в нем содержания высших гармоник. Количество параллельно соединенных ветвей, а также величины индуктивностей реакторов подбирают исходя из необходимости получения различных уровней регулируемого тока в реакторной группе. При этом регулирование токов реакторов в каждой из параллельно соединенных ветвей осуществляется с помощью фазового управления соответствующих тиристорных ключей. Система управления устройством синхронизирует моменты отпирания встречно-параллельно соединенных тиристоров в каждой из параллельных ветвей относительно приложенного к ним напряжения. («Основы современной энергетики. Ч. 2. Современная электроэнергетика» под ред. А.П. Бурмана и В.А. Строева. Из-во «МЭИ», 2003, 453 стр. с илл. Стр. 200, рис. 8.12).
Существенным недостатком данной реакторной группы, коммутируемой тиристорами, является невысокая дискретность уровней регулируемого тока, а также его несинусоидальная форма с присутствием в нем большого числа высших гармоник, вызванных процессом фазового регулирования токов в каждой из ветвей реакторной группы. Для подавления высших гармоник в токе необходимо применять дополнительные фильтры высших гармоник. Применение фильтров, с одной стороны, полностью не устраняет высшие гармоники в кривой тока и, с другой стороны, усложняет схему реакторной группы за счет введения в нее дополнительных устройств.
Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение характеристик и параметров реакторной группы, включающее повышение дискретности уровней регулируемого тока, повышение качества электрической энергии при регулировании тока за счет исключения из его состава высших гармонических составляющих, увеличение быстродействия регулирования уровня реактивной мощности, а также упрощение устройства в целом за счет исключения из его состава фильтров высших гармоник и уменьшение установленной мощности оборудования, входящего в состав реакторной группы.
Технический результат достигается тем, что реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоящая из двух параллельно подключенных к выводам реакторной группы ветвей, каждая из которых содержит последовательное соединение реактора и двунаправленного тиристорного ключа, дополнена третьей параллельной ветвью, содержащей последовательное соединение реактора и двунаправленного тиристорного ключа, и в каждую из трех параллельных ветвей реакторной группы последовательно с реактором и двунаправленным тиристорным ключом введены дополнительные реактор и двунаправленный тиристорный ключ таким образом, что одни из выводов реактора и дополнительного реактора соединены с разноименными выводами реакторной группы, а общая точка соединения двунаправленного тиристорного ключа и дополнительного двунаправленного тиристорного ключа одной из ветвей соединена соответственно с аналогичными общими точками соединения двунаправленных тиристорных ключей и дополнительных двунаправленных тиристорных ключей оставшихся ветвей с помощью вспомогательных двунаправленных тиристорных ключей.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема построения реакторной группы, коммутируемой тиристорами.
На фиг. 2 приведена таблица величин индуктивностей реакторной группы, получаемых при различных комбинациях включенных двунаправленных тиристорных ключей.
На фиг. 3 представлены временные диаграммы приложенного к реакторной группе напряжения и ее токов при различной комбинации включенных двунаправленных тиристорных ключей.
Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоит из трех параллельно подключенных к ее выводам ветвей. Первая ветвь содержит последовательное соединение реактора 1, двунаправленного тиристорного ключа 2, двунаправленного тиристорного ключа 3 и реактора 4. Вторая ветвь содержит последовательное соединение реактора 5, двунаправленного тиристорного ключа 6, двунаправленного тиристорного ключа 7 и реактора 8. Третья ветвь содержит последовательное соединение реактора 9, двунаправленного тиристорного ключа 10, двунаправленного тиристорного ключа 11 и реактора 12. При этом не подключенные к двунаправленным тиристорным ключам 2, 6 и 10 выводы реакторов 1, 5 и 9 объединены вместе и подключены к одному из выводов реакторной группы. К другому выводу реакторной группы подключены выводы реакторов 4, 8, 12, не соединенные с двунаправленными тиристорными ключами 3, 7, 11. Между общей точкой соединения двунаправленных тиристорных ключей 6 и 7 и аналогичными общими точками соединения двунаправленных тиристорных ключей 2 и 3, а также двунаправленных тиристорных ключей 10 и 11 включены дополнительные двунаправленные тиристорные ключи 13 и 14 соответственно.
Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, работает следующим образом. Управление двунаправленными тиристорными ключами 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 осуществляется в моменты максимума или минимума, приложенного к реакторной группе напряжения. При этом набор включаемых в указанные моменты двунаправленных тиристорных ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 определяется системой управления в зависимости от требуемой величины индуктивности реакторной группы. Изменение набора включенных двунаправленных тиристорных ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 приводит к изменению внутренней топологии схемы реакторной группы и соответственно величины ее результирующей индуктивности. При заданной конфигурации схемы реакторной группы возможно получить 47 различных значений величины ее индуктивности. За счет выбора значений индуктивностей реакторов 1, 4, 5, 8, 9, 12 в зависимости от комбинации включенных управляемых ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 обеспечивается относительно равномерное изменение величины индуктивности реакторной группы.
eq
eq
макс
3
eq
4
eq
7
eq
8
eq
11
eq
12
eq
На фиг. 2 представлена таблица относительных величин значений индуктивностей реакторной группы в зависимости от состояния включенных тиристорных ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14. Нормирование величин получаемых индуктивностей (L) и соответствующих им реактивных мощностей реакторной группы (Q) осуществляется относительно минимально возможной величины индуктивности реакторной группы L, получаемой в схеме фиг. 1 при всех включенных тиристорных ключах 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14. Очевидно, что минимально возможной индуктивности L соответствует максимальное значение реактивной мощности Q, обеспечиваемое реакторной группой. При этом значения индуктивностей секций 3, 4, 7, 8, 11, 12 реакторов 2, 6, 10 в приведенном примере определяются соотношениями: L=1.89 L, L=1.34 L, L=0.66 L, L=1,41 L, L=7.56 L и L=3.78 L.
Наличие 47 ступеней изменения величины индуктивности и соответственно токов и реактивных мощностей реакторной группы, получаемых с помощью управления двунаправленными тиристорными ключами 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14, уже не требует применения фазового регулирования, вызывающего появление высших гармонических составляющих в кривой тока реакторной группы.
Реализация управления состоянием управляемых ключей в моменты максимума или минимума напряжения на реакторной группе позволяет обеспечить синусоидальную форму ее тока и полное отсутствие в нем высших гармонических составляющих. На фиг. 3 изображены кривые тока и напряжения реакторной группы при различных комбинациях включенных управляемых ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14, представленных на фиг. 2.