ТРАНСФОРМАТОР С ПЕРЕХОДНЫМ ИМПЕДАНСОМ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННОГО ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
TRANSFORMER WITH TRANSIENT IMPEDANCE BASED ON ELECTRONIC SWITCH OF AC VOLTAGE REGULATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение конкретно описывает развитие концепций и предлагает три понятия, три новые технологии, три новых продукта, шесть способов подключения высоковольтных электрических сетей, новый тип способа подключения реактивной компенсации, предлагает новое решение для использования регулятора переменного напряжения. Настоящее изобретение относится к областям техники силовой электроники, трансформатора, передачи высокого напряжения или сверхвысокого напряжения по электрическим сетям, технологии плавного регулирования напряжения, технологии компенсации реактивной мощности.
Вышеуказанная разработка концепций направлена на принцип наложения формы сигнала, основанный на представлениях о непрерывности формы сигнала и гибком регулировании напряжения.
Вышеуказанные три понятия, соответственно, представляют собой гибкое преобразование переменного тока, гибкую передачу и преобразование мощности, и гибкое регулирование напряжения.
Вышеуказанные три новые технологии, соответственно, представляют собой технологии переходного импеданса, гибкую технологию плавного регулирования напряжения и гибкую технологию ступенчатого регулирования напряжения.
Вышеуказанные три новых продукта представляют собой: электронный переключатель регулирования переменного напряжения, трансформатор с переходным импедансом и быстродействующий регулировочный трансформатор напряжения.
Шесть способов подключения к высоковольтным электрическим сетям представляют собой: способ подключения к электрической сети трансформатора с переходным импедансом, способ подключения к электрической сети трансформатора с переходным импедансом и секционированными обмотками, способ подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом, способ подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом и секционированными обмотками, способ подключения к электрической сети быстродействующего понижающего регулировочного автотрансформатора напряжения и способ подключения к электрической сети быстродействующего понижающего регулировочного автотрансформатора напряжения с секционированными обмотками и т.п.
Когда используется новый способ подключения компенсации реактивной мощности для компенсации реактивной мощности, устройство компенсации реактивной мощности может быть подключено последовательно или параллельно к контактному зажиму вторичного выходящего провода главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения.
Восемь основных однофазных переключателей содержатся в электронном переключателе регулирования переменного напряжения вышеуказанных трех новых продуктов: новом регуляторе переменного напряжения, линейном переключателе регулирования, реверсивном переключателе, переключателе грубого-точного регулирования, переключателе промежуточного регулирования (2 типа), переключателе регулирования конечной части, переключатель регулирования напряжения с нейтральной точкой и т.д., которые гибко сочетаются при работе в случае трех фаз.
Главный трансформатор, специальный трансформатор и трансформатор с переходным импедансом типа регулятора напряжения и т.д. получаются из трансформатора с переходным импедансом вышеуказанных трех новых продуктов, которые относятся к разным областям техники, и в данной заявке приведены 17 типов трансформатора. 17 типов трансформаторов представляют собой: силовой трансформатор с переходным импедансом, силовой трансформатор с переходным импедансом и секционированными обмотками, силовой повышающий автотрансформатор с переходным импедансом, силовой повышающий автотрансформатор с переходным импедансом и секционированными обмотками, быстродействующий силовой понижающий регулировочный автотрансформатор напряжения, быстродействующий силовой понижающий регулировочный автотрансформатор напряжения с секционированными обмотками, преобразовательный трансформатор с переходным импедансом, быстродействующий понижающий регулировочный автотрансформатор напряжения, электропечной трансформатор с переходным импедансом, быстродействующий электропечной регулировочный автотрансформатор напряжения, тяговый трансформатор с переходным импедансом, трансформатор с переходным импедансом источника электроэнергии, повышающий трансформатор с переходным импедансом источника электроэнергии, быстродействующий понижающий регулировочный автотрансформатор напряжения источника электроэнергии, регулятор напряжения с переходным импедансом, повышающий авторегулятор напряжения с переходным импедансом, регулирующий напряжение быстродействующий понижающий авторегулятор напряжения и т.д.
Предпосылки создания изобретения
Базовая технология регулятора переменного напряжения заключается в том, что два полупроводниковых элемента (таких как тиристоры, причем далее тиристоры используются как полупроводниковые элементы) соединяются в схеме переменного тока последовательно после того, как соединены встречно-параллельно, и форма выходного сигнала переменного тока может управляться посредством управления тиристорами или другими силовыми электронными компонентами. Данная схема, которая не изменяет частоту переменного тока, называется схемой управления переменного тока. Одно/трехфазная схема, образованная схемой управления, представляет собой регулятор переменного напряжения. То есть, устройство управления, состоящее из полупроводниковых элементов для преобразования переменного тока в другой переменный ток с той же частотой и отличающимся напряжением.
Базовая технология трансформаторного переключателя заключаются в том, что регулирование напряжения осуществляется в трансформаторе напряжения с целью подачи стабильного напряжения через электрическую сеть, и управления электрическим током или регулирования тока нагрузки. В настоящее время способ регулирования напряжения в трансформаторе представляет собой способ ступенчатого регулирования напряжения, который осуществляется посредством размещения секционного переключателя на одной из его обмоток для того, чтобы увеличить или уменьшить число витков провода, обеспечивая изменение коэффициента трансформации. Такая схема регулирования напряжения посредством ответвлений катушки называется схемой регулирования напряжения. Компонент для смены ответвления, чтобы регулировать напряжение, называется секционным переключателем. Регулирование напряжения, при котором вторичная обмотка не нагружена, а первичная обмотка отключена от электрической сети, называется регулированием напряжения без возбуждения, а регулирование напряжения под нагрузкой на момент смены ответвления обмотки, называется регулированием напряжения под нагрузкой. Следовательно, трансформаторный переключатель классифицируется на два типа, а именно, секционный переключатель без возбуждения и нагруженный переключатель. Уровень прочности изоляции нагруженного переключателя определяется максимальным потенциалом земли обмотки регулирования напряжения при импульсном перенапряжении, а общая изоляция определяется ударным градиентом обмотки регулирования напряжения при импульсном перенапряжении. Поскольку уровень электрической прочности изоляции и напряжение смещения являются высокими, коммутирующий конденсатор разряжается.
Базовая технология общепринятого последовательного регулировочного трансформатора напряжения заключается в том, что при применении в низковольтных системах больших токов последовательный регулировочный трансформатор напряжения состоит из двух трансформаторов, один для главного трансформатора (неизменного на стороне низкого напряжения), а другой для последовательного регулировочного трансформатора напряжения (регулируемого на стороне низкого напряжения). Единственная обмотка регулирования напряжения, предусмотренная в главном трансформаторе, требуется для подачи электроэнергии на последовательную высоковольтную сторону. Обмотки низкого напряжения главного и последовательного трансформаторов соединены между собой последовательно и используют расширяющуюся конструкцию обмоток, напряжения обмоток низкого напряжения главного трансформатора являются неизменными, и напряжения обмоток низкого напряжения последовательного трансформатора являются регулируемыми таким образом, чтобы напряжения двух последовательно соединенных обмотки низкого) напряжения изменялись, тем самым изменяя синтезированное напряжение двух обмоток низкого напряжения. Главный трансформатор содержит обмотки высокого напряжения, обмотки низкого напряжения и обмотку регулирования напряжения. Последовательный трансформатор содержит обмотку высокого напряжения и обмотку низкого напряжения, которые используются для применения в низковольтных системах больших токов.
Базовая технология высоковольтной или сверхвысоковольтной системы передачи электроэнергии переменного напряжения заключается в том, что: сверхвысоковольтная система передачи электроэнергии представляет собой новый способ передачи для передачи большей мощности на большие расстояний, чем способ передачи электроэнергии переменного тока напряжением 500 кВ. Она включает сверхвысокое напряжение (UHV) переменного тока и высокое напряжение постоянного тока (HVDC) и имеет следующие преимущества: низкие затраты на передачу, простую структуру электрической сети, малый ток короткого замыкания, занятие меньших коридоров передачи, улучшенное качество подвода электроэнергии и т.д. Сверхвысокое переменное напряжение представляет собой напряжение выше 1000 кВ, как определено Международной электротехнической комиссией. В Китае сверхвысокое напряжение представляет 1000 кВ или более электроэнергии переменного тока, или 800 кВ или более электроэнергии постоянного тока. Передача UHV переменного тока имеет недостатки: более высокое напряжение, длинные линии электропередачи, большая распределенная емкость, малый волновой импеданс, заметный аварийный волновой процесс. Несмотря на то, что линии электропередачи UHV обычно устанавливаются с уравнительным реактором, чтобы компенсировать зарядный ток линий электропередачи и подавить возникновение перенапряжений, а также уменьшить пропускную способность линий электропередачи, что противоположно основной цели передачи электроэнергии UHV.
Основные преимущества использования передачи электроэнергии высокого напряжения или сверхвысокого переменного напряжения следующие: (1) повышенная пропускная способность и дальность передачи; (2) повышенная экономическая эффективность передачи электроэнергии, причем более высокое напряжение передачи электроэнергии подразумевает более дешевую пропускную способность на единицу; (3) сэкономленное пространство коридоров для передачи и размеры помещения для трансформаторной подстанции; (4) сниженные потери мощности для линии электропередачи; (5) удобство для построения сети, упрощенная конфигурация сети, сниженная интенсивность отказов.
Базовая технология системы передачи электроэнергии высокого напряжения постоянного тока: с развитием технологий силовой электроники передача электроэнергии высокого напряжения постоянного тока становится возможной и может стать в полной мере эффективной во всех ее аспектах. В настоящее время во всем мире были введены в эксплуатацию фактически более 80 проектов передачи электроэнергии высокого напряжения постоянного тока. В Китае используются более 10 проектов передачи электроэнергии высокого напряжения постоянного тока в национальной электрической сети, которые играют важную роль в оптимизации энергетической конфигурации, обеспечении национальной энергетической безопасности и содействии развитию национальной экономики. С реализацией китайских национальных стратегических направлений, таких как "Western Power to the East. North and South to Share Power, National-link Network", наступила тенденция ускорения строительства электрической сети системы UHV уровня миллионов вольт переменного тока и уровня ±660 кВ, ±800 кВ, ±1000 кВ постоянного тока в качестве архитектуры центральной электрической сети. Понятие передачи электроэнергии высокого напряжения постоянного тока представляет собой способ передачи электроэнергии, при котором электроэнергия переменного тока, генерируемая электростанциями, преобразуется в электроэнергию постоянного тока посредством выпрямителей для передачи на приемные концы и преобразуется в электроэнергию переменного тока посредством инверторов для передачи на приемные концы. Такой способ передачи в основном используется для передачи электроэнергии высокой мощности на большие расстояния и для создания сетей из объединения в сеть асинхронных систем переменного тока, имеет более низкую стоимость линий электропередачи в народном хозяйстве и более низкие потери мощности в год.
Существует много преимуществ в технологии передачи электроэнергии постоянного тока, во-первых, отсутствует проблема устойчивости системы и может быть возможным асинхронное объединение в электрической сети, в то время как в системе электроэнергии переменного тока все синхронные генераторы в системе электроэнергии переменного тока поддерживаются синхронизированными. Пропускная способность и расстояние при передаче электроэнергии постоянного тока не зависят от стабильности синхронной работы, и возможно подключение к двум системам с разными частотами, обеспечивая тем самым асинхронное объединение в сеть и улучшение устойчивости системы. Во-вторых, передача электроэнергии постоянного тока имеет ограничение по току короткого замыкания. Если линия электропередачи переменного тока используется для соединения двух систем переменного тока, мощность короткого замыкания увеличивается, и даже требуется замена автоматического выключателя или требуется добавление токоограничивающего устройства. Однако когда линия электропередачи постоянного тока используется для подключения двух систем переменного тока, "управление неизменным током" системы постоянного тока ограничивает ток короткого замыкания близко к номинальной мощности, и, следовательно, мощность короткого замыкания не увеличивается за счет объединения сетей. Кроме того, регулирование является очень быстрым, а их работа - надежной. Передача электроэнергии постоянного тока может быстро регулировать активную мощность за счет использования преобразователей на кремниевых управляемых тиристорах для обеспечения "перелома тока" (изменения направления потока электроэнергии). При передаче электроэнергии постоянного тока при нормальных условиях обеспечивается стабильная выходная мощность. В случае аварии срочная поддержка неисправных систем достигается посредством работоспособных систем, и может быть обеспечено подавление демпфирования колебаний и субсинхронного колебания. Когда линии переменного/постоянного тока работают в параллельном режиме работы, если линии электропередачи переменного тока замкнуть накоротко, мощность передачи постоянного тока может быть увеличена на короткое время, чтобы уменьшить ускорение ротора генератора, тем самым повышая надежность системы. В-третьих,) отсутствует зарядный ток конденсатора. В установившимся состоянии линии электропередачи постоянного тока отсутствует емкостной зарядный ток, последующее напряжение является стабильным, и при отсутствии нагрузки холостого хода или малой нагрузки, наблюдается нетипичное увеличение напряжения на длинном приемном конце линии переменного тока и промежуточной части, и отсутствует необходимость подключения параллельно реактивного сопротивления для компенсации. Кроме того, экономится пространство для коридоров.
Базовая технология электрохимической электролизной системы: в электрохимической электролизной системе электролизный ток необходимо поддерживать неизменным, чтобы обеспечить устойчивость тепловой схемы электролизной ванны и улучшение) коэффициента полезного действия по току, чтобы облегчить интенсивность труда рабочих, и это является большим преимуществом для уменьшения анодного эффекта электролиза алюминия. Если электролизный ток больше или меньше, чем номинальное значение в течение длительного времени, то тепловое равновесие в электролизной ванне может быть нарушено, следовательно, ванна перегревается или переохлаждается, влияя на производство и объем производства. Существующие электролизные кремниевые выпрямительные блоки не являются кремниевыми управляемыми блоками из-за коэффициентов мощности, и обеспечиваются только насыщающимся реактором. И даже было предусмотрено, что блоки имеют небольшой диапазон модуляции в целях экономии. Эти выпрямительные блоки без насыщающегося реактора имеют коэффициенты мощности до 0,94. Таким образом, регулирование выходного напряжения постоянного тока, главным образом, основывается на нагруженных секционных переключателях в трансформаторе. Тем не менее, нагруженные секционные переключатели имеют низкое быстродействие, и, следовательно, не могут изменить кратковременное колебание тока электролиза, например, когда при электролизе алюминия происходит анодный эффект (в зависимости от разности линейных напряжений линейный ток может быть уменьшен на 5-10%, что длится в течение нескольких минут). Если секционные переключатели используются для повышения напряжения для поддержания последовательного тока, когда анодный эффект не существует, воздействие из-за низкой скорости работы) секционных переключателей будет происходить токовый удар. Таким образом, данное переходное отклонение от номинальной величины тока, как правило, не регулируется. Кроме того, для того, чтобы сократить время работы для нагруженных секционных переключателей, невозможно реагировать на переходное изменение тока. Срабатывания нагруженных переключателей регулирования напряжения происходят очень часто. По меньшей мере 36000 раз из расчета 100 ежедневных переключений, и секционные переключатели необходимо обслуживать один раз на 3000 переключений, что подразумевает длительный период ремонта, а также оказывает сильное влияние на производство. Таким образом, очень важно уменьшать частые срабатывания нагруженного переключателя регулирования напряжения и продлить срок его службы. Таким образом, схема управления постоянного тока быстродействующего саморегулирования, которая выключается или включается в результате анодного эффекта, как правило, не используется при электролизе алюминия с целью уменьшения частых срабатываний нагруженного секционного переключателя, и колебания напряжения с течением времени продолжительностью менее 2 минут вызывают частые срабатывания нагруженного секционного переключателя.
Кроме того, очень важно получить высокую точность, длительный срок службы и высокое быстродействие системы регулирования тока. В области электролизного производства объем производства непосредственно связан с ампер-часами, и различные показатели процесса тесно связаны со средним током. В этом случае желательно получить автоматический быстродействующий стабилизатор тока, способный поддерживать отклонение среднего тока или ампер-часов меньше, чем от 0,25% до 0,1% в течение нескольких часов. Тем не менее, очень трудно достичь вышеуказанной точности в системе только за счет использования нагруженных секционных переключателей. Срабатывания нагруженных секционных переключателей происходят очень медленно в отношении реакции для системы модуляции тока. Как правило, отсутствует реакция на отклонение тока в пределах 10% продолжительностью несколько минут, и должна быть переходная реакция на значительное отклонение тока, превышающее нормальную область срабатывания. Тем не менее, время отклонения от номинальной величины для регулирования) напряжения нагруженного переключателя составляет от 10 с до 20 с, при большом диапазоне регулирования напряжения время срабатывания будет не в состоянии отслеживать время отклонения тока.
Базовая технология электропечной плавки: процесс плавки посредством электрической печи разделяется на два процесса, т.е. период плавления и период доводки. В периоде плавления крышка герметично закрывается, и трехфазные электроды соединяются после загрузки стального скрапа. После включения трехфазного питания между электродами и стальным скрапом формуется дуга с большой силой тока, и стальной скрап плавится за счет тепла дуги. По сравнению с дугой периода плавления дуга в периоде доводки является относительно стабильной, ток является в основном неизменным, и в то же время непостоянство напряжения и фликкер-эффект являются чрезвычайно малыми.
Как правило, период плавления дуговой печи переменного тока составляет приблизительно от 1 ч до 3 ч, а питающее напряжение составляет 110 кВ или 35 кВ. Когда запитан специально разработанный трансформатор дуговой печи, напряжение между электродами вторичной обмотки обычно составляет от 100 В до 700 В, причем падение напряжения на электродах составляет приблизительно 40 В, падение напряжения в дуге составляет приблизительно 12 В/см, и чем длиннее дуга, тем больше падение напряжения. Управление током дуговых печей обеспечивается посредством переключения между ответвлениями обмотки стороны высокого напряжения трансформатора дуговой печи и регулирования напряжения на электродах, т.е. печной трансформатор устанавливает значение входного напряжения дуги с помощью переключателя, и трехфазные графитовые электроды управляются для введения в печь, и подъемное устройство электродов управляется для перемещения вверх и вниз, входная мощность печи регулируется, тем самым управляя током дуги в печи. Дуговая печь потребляет большую реактивную мощность и имеет большое отклонение от номинальной величины. В период плавления за счет прямой дуги между стальным скрапом и электродами, поскольку стальной скрап плавится, длина дуги, безусловно, изменяется, тем самым вызывая перемещение точек) дугообразования, и система управления электродами не может отслеживать скачкообразное изменение дуги и не может своевременно осуществлять компенсацию в течение времени от нескольких секунд до десяти или более секунд из-за постоянной времени механической инерции, и, таким образом, дуга не является стабильной. В начале периода плавления, по мере понижения температуры в печи, дугу трудно поддерживать, и она часто не является стабильной, и, следовательно, ток является прерывистым. Для поддержания дуги стабильной, коэффициент мощности дуговой печи невысок, и резкое изменение тока вызывает одновременное и резкое изменение активной и реактивной мощностей, потребляемых дуговой печью из системы электроснабжения, т.е. в процессе плавки в дуговой печи ток дуги быстро и значительно изменяется. Поскольку электродуговая печь является высоко индуктивной нагрузкой, при работе дуговой печи в период плавления на высокой мощности коэффициент мощности снижается даже до значений от 0,1 до 0,2, что приводит к серьезному падению напряжения в шинах. При уменьшении напряжения активная мощность электродуговой печи, соответственно, уменьшается, период плавления продлевается, и производительность снижается. Коэффициент мощности дуговой печи составляет от 0,1 до 0,2, когда электрод замкнут накоротко, и составляет от 0,7 до 0,85 в номинальном режиме. По мере протекания плавления напряжения на электродах уменьшаются, скрап плавится с нижней части. После того как нижний скрап расплавлен, верхняя часть стального блока падает вниз, вызывая внезапное двухфазное короткое замыкание концов электродов, и, таким образом, ток дуги резко и значительно изменяется. Изменение тока дуги вызывает резкое изменение напряжения, и быстрое изменение дуги вследствие перемещения точки дугообразования называется периодом внезапного отклонения от номинального значения, резкое изменение, вызванное коротким замыканием электрода, называется аномальным внезапным отклонением от номинального значения, которое приведет к серьезным колебаниям напряжения и резкому отклонению от номинального значения на общих шинах системы электроснабжения. Между тем, вызванные колебания напряжения и резкое отклонение от номинального значения являются очень резкими. Когда двухфазные электроды замкнуты накоротко, а одна фаза разомкнута, амплитуда) отклонения тока является самой большой, и, таким образом, вызванные колебания напряжения и резкое отклонение от номинальной величины являются наибольшими. Система дуговой печи является сильно нелинейной системой с признаком трехфазного соединения, и ее параметры изменяются во времени и в то же время находятся под влиянием случайного возмущения. Это всемирно известная задача для инженеров по системам управления, заключающаяся в регулировании надлежащей длины дуги и повышении ее стабильности посредством системы регулирования электродов. Что касается экономии при плавке стали посредством дуги, потребляемая мощность на тонну стали снижается на 1-2 кВт⋅ч, как только время плавки сокращается на 1 мин, для сокращения периода плавки эффективно использование компьютеров для управления периодом плавки дуговой печи. В период плавления потребление электроэнергии составляет более 60% от всего процесса плавки, потребление электроэнергии напрямую зависит от источника электроэнергии во время периода плавления, но условие в печи в течение периода плавки является сложным, сопровождается воспламенением, проплавлением, коротким замыканием, разрывом дуги, разбрызгиванием и испарением, что вызывает непрестанное изменение мощности дуги и рабочего тока. При ручном управлении трудно достичь целей снижения температуры стали, сокращения времени выдержки стали, стабилизации тока дуги, уменьшения времени короткого замыкания и разрыва дуги, сокращения периода плавления, снижения потребления электроэнергии на тонну стали. Тем не менее, автоматическое управление печи представляет собой главным образом управление напряжением на электродах и управление входной мощностью, в то время как система управления электродами состоит из гидравлической системы, обусловленной механической инерцией, регулирование электродов имеет низкое быстродействие и слабую чувствительность, и не может отслеживать резкое изменение дуги, и, таким образом, не может своевременно ввести коррекцию, что является наиболее сложной частью. В процессе периода плавки длина трехфазных электродов должна быть изменена по отношению к длине дуги и регулируется на основании относительного расстояния между электродами и сырьем, обеспечивая тем самым стабильную длину дуги, чтобы наилучшим образом использовать дугу для расплавления шихты. Поскольку управляемые объекты дуговой печи переменного тока при плавке имеют характеристики сильной нелинейности, сильного взаимодействия, характер, зависящей от времени, и характер запаздывания во времени, в процессе плавления очень заметны внешние возмущения, и изменение длины дуги и отклонения являются большими, что требует контроллер электродов, имеющий характеристику относительно более быстрого срабатывания без перерегулирования.
Базовая технология электрической локомотивной тяги: высокоскоростные железные дороги являются системной интеграцией инновационных и наукоемких технологий, и их строительство и эксплуатация отражают научный и технологический потенциал страны. В мае 1985 года Европейская экономическая комиссия Организации Объединенных Наций установила, что пассажирская транспортная линия со скоростью движения свыше 300 км в час и смешанная пассажирская и грузовая линия со скоростью движения свыше 250 км в час представляют собой высокоскоростные железные дороги. Существующий тяговый трансформатор в основном использует регулятор без возбуждения, который имеет небольшой диапазон регулирования напряжения. Тяговый трансформатор используется для передачи электроэнергии трехфазной системы электроснабжения, соответственно, в две однофазные тяговые линии с нагрузкой. Эти две однофазные тяговые линии используются для электроснабжения локомотивов восходящей и нисходящей линий. В идеальном случае две однофазные нагрузки являются одинаковыми. Таким образом, тяговый трансформатор используется в качестве трансформатора для преобразования трех фаз в две фазы. Тяговый трансформатор представляет собой силовой трансформатор специального класса напряжения, который должен отвечать требованиям жесткого изменения тягового усилия нагрузки и частого внешнего короткого замыкания, и, таким образом, является «сердцем» тяговой подстанции. В Китае тяговый трансформатор подразделяется на три типа, то есть трехфазный, трехфазно-двухфазный и однофазный, и, таким образом, тяговая подстанция подразделяется на три типа, то есть, трехфазную, трехфазно-двухфазную и однофазную.
Базовая технология регулятора напряжения: регулятор напряжения является источником электроэнергии с регулированием напряжения для подачи регулируемого напряжения на нагрузки; он может преобразовывать распределяемое напряжение неуправляемой электрической сети; он может быть использован для любого напряжения нагрузки, которое может быть плавно регулируемым в определенном диапазоне, и подразделяется на: основанный на принципе и структуре электромагнетизма, ступенчатый регулятор напряжения, индукционный регулятор, магнитный регулятор напряжения, магнитоэлектрический регулятор, регулятор очистки (стабилизатор), насыщающийся реактор, авторегулятор и тому подобное.
Ступенчатый регулятор напряжения имеет мощность от 0,1 до 1000 кВ⋅А, класс напряжения 0,5 кВ, диапазон регулирования напряжения от 0 до 100%. Индукционный регулятор напряжения имеет мощность от 6,3 до 4500 кВ⋅А, класс напряжения ниже 10 кВ, диапазон регулирования напряжения от 5 до 100%. Магнитный регулятор напряжения имеет мощность от 5 до 1000 кВ⋅А, класс напряжения ниже 0,5 кВ, диапазон регулирования напряжения от 15% до 100%. Магнитоэлектрический регулятор имеет мощность от 1000 до 2250 кВ⋅А, класс напряжения ниже 10 кВ, диапазон регулирования напряжения от 5 до 100%. Ступенчатый авторегулятор имеет мощность от 20 до 1000 кВ⋅А, класс напряжения 0,5 кВ, диапазон регулирования напряжения ±20%. Индукционный авторегулятор имеет мощность от 20 до 5600 кВ⋅А, класс напряжения ниже 10 кВ, диапазон регулирования напряжения ±20%. Стабилизатор очистки имеет мощность от 1 до 300 кВ⋅А, класс напряжения 0,5 кВ, диапазон регулирования напряжения ±25%. Тиристорный регулятор напряжения имеет мощность ниже 450 кВ⋅А и класс напряжения ниже 10 кВ.
Базовая технология компенсации реактивной мощности: общеизвестно для проектировщиков и лиц, принимающих решения во всем мире, что технология компенсации реактивной мощности используется для повышения коэффициента мощности системы, и инвестиции в устройства компенсации реактивной мощности были перечислены при комплексном планировании инвестиций электрической электроэнергии, что стало обязательным звеном. В настоящее время коэффициент мощности оборудования магистральных электрических сетей составляет порядка 1, закон России предусматривает, что коэффициент мощности должен превышать 0,92, а Япония и другие страны создали национальный комитет по управлению реактивной мощностью для исследования технической экономической политики по компенсации реактивной мощности. Практически почти все развитые страны имеют более высокие коэффициенты мощности электрических сетей. Таким образом, существует тенденция в электрической сети значительно улучшать коэффициенты мощности электрических сетей, снижать потери в линии электропередачи, экономить электроэнергию, а также развивать потенциал агрегатов выработки электроэнергии.
Техническая проблема
Техническая проблема регулятора переменного напряжения: напряжение, генерируемое существующим регулятором переменного напряжения при регулировании напряжения, не является непрерывным, и его форма сигнала является прерывистым. Существует много точек перехода через нуль, напряжение и ток не являются непрерывными, что вызывает большие колебания напряжения, и прерывистый ток вызывает многократные разрывы дуги и зажигания дуги, входная мощность является прерывистой, а гармоническое колебание является большим. Низкая стабильность дуги влияет на объем производства и качество продукта, вызывает внутреннее перенапряжение в трансформаторе и нагрузке, которое оказывает отрицательное воздействие на изоляцию трансформатора, переключателей, двигателей и других нагрузок, влияет на их срок службы, увеличивает потребление электроэнергии, а также приводит к значительным проблемам асимметричной входной мощности активных, индуктивных и емкостных нагрузок и связанных с ними устройств. Стабилизатор переменного напряжения использует тиристорную схему с фазовым управлением, и высоковольтный управляемый источник электроэнергии малых токов может включать большое количество тиристоров, соединенных последовательно, или может использовать схему стабилизации переменного напряжения для регулирования вторичного напряжения трансформатора, низковольтный высокоточный источник электроэнергии может включать большое количество тиристоров, соединенных параллельно. Его схемная конфигурация является сложной, дорогостоящей и имеет тенденцию производить прерывистые формы сигналов.
В условиях быстрого экономического развития разрабатывается разнообразное электрическое оборудование высокого напряжения и большой мощности, развитие технологии силовой электроники не может не отставать от потребностей развития, и при этом желательно получить технологию плавного или ступенчатого регулирования напряжения с помощью маломощного низковольтного регулятора переменного напряжения малых токов для управления трансформатором большой мощности и больших токов или другими нагрузками.
Технические проблемы существующих трансформаторных переключателей: трансформаторные переключатели имеют низкое быстродействие, и срок их службы является коротким, после 3000 использований переключатели нуждаются в замене масла и техническом обслуживании. Кроме того, они имеют сложные конструкции, дуговой разряд на контактных зажимах и загрязняют трансформаторное масло в трансформаторе, имеющем конструкцию, погруженную в масло. В настоящее время существует острая необходимость в разработке трансформаторного переключателя, способного устранить напряжение смещения и предотвратить разряд конденсатора при регулировании напряжения с реверсивным переключением, и имеющего высокое быстродействие, длительный срок службы, отсутствие дуги и являющимся простым в обслуживании в нормальных условиях эксплуатации.
Технические проблемы общепринятого последовательного регулировочного трансформатора напряжения: общепринятые последовательные регулировочные трансформаторы напряжения применяются для печных трансформаторов мощностью 10000 кВ⋅А или выше, или иногда для трансформаторов для питания выпрямителей, представляют собой общепринятую разновидность печных трансформаторов, которые редко используемых из-за высокой стоимости и развития плавильных технологий. В настоящее время, поскольку в последовательный регулировочный трансформатор напряжения внедряются электронные переключатели регулирования переменного напряжения, использование и функции последовательного регулировочного трансформатора напряжения в значительной степени расширяются, следует модифицировать и улучшить последовательный регулировочный трансформатор напряжения для удовлетворения различных потребностей.
Технические проблемы передачи электроэнергии сверхвысокого переменного напряжения: основными недостатками, существующими при передаче электроэнергии сверхвысокого переменного напряжения, являются устойчивость и надежность системы. С 1965 по 2010 год произошло 7 разрушительных аварий питающих электрических сетей переменного тока большой мощности, из которых 5 аварий произошло в США, и 2 аварии произошло в Европе. Эти серьезные большие разрушительные аварии питающих электрических сетей показывают, что питающая электрическая сеть, которая принимает на вооружение энергообъединение сетей переменного тока, имеет недостатки: низкую безопасность и устойчивость, цепную реакцию аварий и массовые отключения электроэнергии.
Что касается устойчивости системы, реактивное сопротивление короткого замыкания питающей электрической сети является ключевым фактором. Одной из основных мер по ограничению мощности короткого замыкания посредством питающей электрической сети является использование трансформаторов высоких импедансов. Увеличение реактивного сопротивления трансформатора улучшит устойчивость системы, и ограничения тока короткого замыкания вызовут уменьшение электромагнитной силы короткого замыкания и теплового эффекта тока, и в то же время также возможно уменьшить отключенные мощности линейного выключателя и другого электрического оборудования, уменьшить или даже не использовать токоограничивающий реактор, но трансформатор с высоким импедансом приведет к увеличению реактивной мощности электрической сети. Реактивная мощность, потребляемая трансформатором, составляет приблизительно 10% ~ 15% от номинальной мощности, когда подается напряжение выше номинального значения на 10%, реактивная мощности будет быстро увеличиваться за счет насыщения магнитной цепи. Согласно статистическим данным, когда питающее напряжение составляет 110% от номинального значения, реактивная мощность, как правило, увеличится примерно на 35%. Когда питающее напряжение ниже номинального значения, реактивная мощность будет уменьшаться, вследствие чего, соответственно, коэффициент мощности будет улучшаться. Но уменьшение подаваемого напряжения будет влиять на надлежащее функционирование электрического оборудования. Таким образом, следует принять меры, чтобы питающее напряжение питающей электрической сети оставалось стабильным.
Трансформатор будет играть важную роль в высоковольтных, ультравысоковольтных и сверхвысоковольтных электрических сетях переменного тока, если он обладает следующими отличительными признаками. То есть, трансформатор способен осуществлять регулирование с высоким быстродействием, надежно функционировать, регулировать активную мощность с высоким быстродействием и обеспечивать "перелом тока" (изменение направления потока электроэнергии), и в нормальном состоянии имеет более низкий импеданс, чтобы обеспечить стабильную выходную мощность, в аварийных условиях может с высоким быстродействием сделать систему устойчивой и может подавлять демпфирование колебаний и синхронное колебание, имеет функции регулирования напряжения с расщеплением фаз и быстродействующей стабилизации напряжения, при этом трансформатор имеет более низкий импеданс в нормальном состоянии и мгновенно преобразуется в трансформатор с высоким импедансом или даже со сверхвысоким импедансом при внезапном коротком замыкания или других аварийных режимах.
Технические проблемы передачи электроэнергии постоянного тока: преобразовательная станция постоянного тока имеет множество устройств, сложную структуру, высокую стоимость, высокие потери, высокие эксплуатационные расходы и более низкую надежность. Преобразователь в процессе работы будет генерировать много гармоник. И если гармоники не подвергаются обработке должным образом и вливаются в систему переменного тока, то это вызовет ряд проблем для нормальной работы электрической сети переменного тока. Таким образом, должно быть предусмотрено большое количество и группы фильтров для устранения этих гармоник. Во-вторых, коммутационная передача постоянного тока в общепринятой электрической сети будет поглощать большое количество реактивной мощности при передаче той же мощности, что составляет приблизительно 50%-60% от активной мощности. Таким образом, необходимы мощные устройства компенсации реактивной мощности и соответствующая стратегия управления. В дополнение к этому существуют некоторые технические трудности в электродах заземления при передаче электроэнергии постоянного тока и автоматических выключателях постоянного тока.
Технические проблемы электрохимической электролизной системы: если отсутствует точное регулирование реактора, токи между различными параллельными выпрямительными блоками и тремя фазами трудно уравновешиваются и уравнительный ток является чрезвычайно большим, иногда даже будут происходить аварии с воспламенением трансформатора из-за неспособности точного регулирования различных фаз и различных блоков. В этом случае различные параллельные выпрямительные блоки или одиночный блок должны иметь выпрямительные шкафы с тем же коммутационным реактивным сопротивлением, чтобы избежать неуравновешенности распределения тока под нагрузкой, вызванного отсутствием точного регулирования насыщающихся реакторов между блоками или выпрямительными шкафами. В отношении кремниевых выпрямительных блоков, снабженных насыщающимся реактором и нагруженными секционными переключателями, мгновенное изменение тока может быть быстро отражено. Тем не менее, блоки занимают большую полезную площадь помещения, производят очень большой шум, большие гармоники, имеют высокую стоимость, высокое потребление электроэнергии и значительно сниженный коэффициент мощности, и, таким образом, почти не используются в настоящее время. В настоящее время увеличивается число ступени переключателя для поддержания неизменного тока в электролизной промышленности.
В настоящее время в электрохимической электролизной системе существует неотложная необходимость в трансформаторе для питания выпрямителя, который представляет собой автоматический быстродействующий стабилизатор тока, и который обеспечивает возможность электролизной системе использовать схему управления неизменного тока и имеет небольшие гармоники, высокую скорость регулирования напряжения, стабилизация выполняется с возможностью регулирования напряжения с расщепленной фазой, срабатывающего на изменение тока с высоким быстродействием, и работы на высокой скорости, когда происходит трехфазное короткое замыкание, и увеличения импедансов трансформатора или даже увеличения реактивного сопротивления системы близко к 100%.
Технические проблемы системы печной плавки постоянного/перемененного тока: в настоящее время система управления регулированием электродов дуговой печи имеет высокую стоимость, необходимость частого технического обслуживания, сложные управляющие связи, высокий процент отказов, низкое быстродействие, сбои при отслеживании скачкообразного изменения дуги и своевременного введения коррекции, что приводит к низкой степени автоматизации в промышленности печной плавки. Вследствие управления током дуговой печи указанное электрическое оборудование часто регулируется путем управления подъемным устройством электродов, тем самым управляя входной мощностью печи, и падение напряжения дуги составляет приблизительно 12 В/см, чем длиннее дуга, тем больше падение напряжения. Если функция регулирования напряжения электрода осуществляется другими компонентами, а длина дуги регулируется в определенном диапазоне, потребление электроэнергии будет снижено. В вышеуказанном электрооборудовании часто происходит внезапное короткое замыкание электродов и наблюдается резкое значительное изменение тока дуги. Вызванные колебания и резкое изменение напряжения являются наибольшими, и, таким образом, желательно получить электрическое оборудование, способное быстро регулировать напряжение в течение миллисекунд или настраивать программы автоматического управления в соответствии с характеристиками соответствующей печи заранее, тем самым, несомненно, снижая колебания и резкое изменение напряжения.
Электропечная система плавки: в настоящее время в различных решениях регулирования мощности в известном уровне техники все системы с дуговой печью и печью с погруженной дугой используют общепринятый процесс плавки для регулирования входной мощности путем управления подъемом электродов. В настоящее время существует насущная потребность в плавильной системе с электрической печью, способной регулировать напряжение, стабилизировать ток, не поднимая/опуская электрод. В то же время система выполняется с возможностью высокого быстродействия, легкого автоматического управления, экономии электроэнергии и сокращения ее потребления. Система может работать очень быстро при трехфазном коротком замыкании и с высоким быстродействием увеличить импеданс системы или даже приблизить его к 100%. Тем не менее, в печах сопротивления и связанных с ними системах плавки, требующих регулирования температуры, требуется технология для поддержания непрерывного напряжения и тока с непрерывной формой форм сигналов и даже формами сигнала близкими к синусоиде, и в электрических печах, требующих плавное регулирование напряжения, регулятор напряжения имеет более низкий класс напряжения, меньшую мощность и не может быть изготовлен крупносерийно.
Технические проблемы системы тяги электровоза: более низкий коэффициент мощности, асимметричные нагрузки. При асимметричных нагрузках регулирование напряжения с расщепленной фазой не представляется возможным, тяговый трансформатор не может подавить ток короткого замыкания и стабилизировать напряжение, тяговый трансформатор не может регулировать напряжение и стабилизировать напряжение с высоким быстродействием и регулировать мощности двух систем одновременно. Трехфазный дисбаланс на стороне высокого напряжения и большие гармоники в системах постоянного тока делают тяговый трансформатор не способным безопасно, эффективно, синхронно и интеллектуально управлять системой, и это приводит к тому, что трансформатор подвергается высоким перегрузкам или механическому давлению, создаваемому при коротком замыкании.
Технические проблемы регулятора напряжения: как может быть известно из вышеизложенного, все виды регулятора напряжения имеют мощности ниже нескольких кВ⋅А. Классы напряжения ниже 10 кВ не могут удовлетворять требованиям различных отраслей промышленности, и при этом желательно получить новый регулятор напряжения, имеющий большую мощность регулирования напряжения, более высокий класс напряжения, малые гармоники и диапазон регулирования напряжения от 0 до 100%, чтобы удовлетворять требованиям рынка.
Технические проблемы компенсации реактивной мощности: по мере развития системы передачи сверхвысокого напряжения на большое расстояние в электрической сети также увеличивается потребление реактивной мощности. Тем более что применение устройств силовой электроники распространяется все больше и больше, тем не менее, большинство электронных устройств имеют более низкие коэффициенты мощности, что приводит к снижению качества электроснабжения, а также привлечению дополнительной нагрузки на электрическую сеть. Техническое решение высоковольтного параллельного устройства компенсации реактивной мощности является самым простым и экономически оптимальным решением компенсации. Тем не менее, оно имеет три недостатка. Во-первых, компенсация реактивной мощности устройством компенсации реактивной мощности является усредненной компенсацией в процессе функционирования, не может компенсировать падение напряжения на шинах и не может уменьшить колебания напряжения сетей, вызванные резким изменением нагрузок. Во-вторых, оно не может улучшить активную мощность нагрузок электрического оборудования. В-третьих, используемое устройство компенсации реактивной мощности имеет высокий класс напряжения и дорого стоит.
Существует три типа решения низковольтного устройства компенсации реактивной мощности. Первое представляет собой решение компенсации, при котором низковольтные устройства соединяются параллельно непосредственно с устройством компенсации реактивной мощности. Это решение компенсации имеет лучшие результаты экономии электроэнергии и снижения стоимости, но имеет недостатки применения только к электрическому оборудованию с неизменным вторичным напряжением. Второе представляет собой решение компенсации, при котором устройство компенсации реактивной мощности подключается к сети через повышающий трансформатор (компенсационный трансформатор), и это решение имеет постоянные нагрузочные параметры и относится к компенсации с регулированием напряжения. Оно имеет недостаток, заключающийся в том, что добавляется один компенсационный трансформатор, первичная капитализированная стоимость является слишком большой, и индуктивное реактивное сопротивление контура и электрические потери существенно возрастают, и параллельное устройство компенсации реактивной мощности имеет более высокий класс напряжения. Третье представляет собой решение компенсации, при котором параллельное устройство компенсации реактивной мощности подключается к сети через низковольтную компенсационную обмотку, причем компенсационные обмотки добавляются на стороне низкого напряжения, и устройства компенсации реактивной мощности подключаются к ним параллельно, и решение имеет недостаток только при применении к электрическому оборудованию с неизменным вторичным напряжением.
Техническое решение
1
2
1
2
Теоретические основы технического решения: принцип наложения формы сигнала, основанный на представлениях о непрерывности формы сигнала и гибком регулировании напряжения характеризуется тем, что множество пачек импульсов, образованных синусоидой или множеством синусоид с той же частотой, синхронизированных (таких же) по начальной фазе или имеющих разность фаз к (сдвинутых на половину волны), амплитуда которых зависит от степени фазового управления или степени "отрезания" сигнала регулятором переменного напряжения, и форма сигнала с пропущенной или "отрезанной" частью себя накладывается/накладываются на окружности (или множество) неизменного напряжения (или регулируемого напряжения, называемого неизменным напряжением, в дальнейшем так же) синусоида, или форма сигнала и амплитуда представляют собой форму и амплитуду выходного сигнала общепринятого регулятора напряжения, регулирующего, соответственно, синусоидальное напряжение, форма сигнала объединенного напряжения определяется двумя наложенными друг на друга формами сигнала, таким образом, проблемы прерывистой формы сигнала напряжения, регулирования напряжения и чрезмерного количества гармоник разрешаются путем наложения двух форм сигналов. То есть, технология синтезирования напряжения посредством наложения напряжения, амплитуда которого может непрерывно регулироваться ступенчато или плавно, и которое может иметь положительную или отрицательную полярность, на синусоидальное неизменное напряжение представляет собой технологию формирования непрерывной формы сигнала и исключения содержания гармоник. Формула объединенного напряжения представлена в виде U=U±U (где U представляет собой объединенное напряжение, U представляет собой постоянное напряжение, U представляет собой накладываемое и регулируемого напряжение).
Общепринятые регуляторы напряжения включают ступенчатый регулятор напряжения, индукционный регулятор, магнитный регулятор, магнитоэлектрический регулятор напряжения, стабилизатор напряжения очистки, насыщающийся реактор, автоматический регулятор напряжения, тиристорный регулятор напряжения и тому подобное.
Принцип наложения формы сигнала, основанный на концепции непрерывности формы сигнала и гибком регулировании напряжения, с точки зрения технологии силовой электроники характеризуется тем, что множество пачек импульсов или синусоид, образуемых синусоидой с той же частотой, с той же начальной фазой или имеющей разность фаз π (сдвинутой на половину волны), амплитуда которой зависит от степени фазового управления регулятора переменного напряжения или степени "отрезания" сигнала трансформатором переменного тока, и часть сигнала, часть которого пропущена или "отрезана", накладывается на окружность синусоиды неизменного напряжения, и форма сигнала объединенного напряжения определяется двумя наложенными друг на друга формами сигнала.
Вообще, полупроводниковые приборы не являются линейными элементами, но они регулируют напряжение первичных обмоток трансформатора, используемого источником электроэнергии с регулированием напряжения (как описано ниже). Тем не менее, наложенные формы сигналов в соответствии с принципом наложения формы сигнала согласно настоящему изобретению представляют собой форму сигнала синусоидальной формы или приблизительного синусоидой формы, наложенную и полученную посредством выходной формы сигнала напряжения на вторичной обмотке трансформатора, используемого источником электроэнергии с регулированием напряжения, и выходной формы сигнала напряжения другого синусоидального источника электроэнергии (электрической сети или вторичной обмотки трансформатора с выходным напряжением синусоидальной формы). Принцип наложения формы сигнала, используемый в настоящем изобретении, основан на непрерывности формы сигнала напряжения и гибком регулировании напряжения, а в последовательной схеме регулирования вторичного напряжения (полученного и синтезированного посредством вторичного напряжения трансформатора, используемого источником электроэнергии с регулированием напряжения, и вторичного напряжения источника электроэнергии или другого трансформатора), синтезированного двумя источниками электроэнергии, при этом используемый трансформатор работает в ненасыщенной области, а последовательная схема регулирования вторичного напряжения может рассматриваться как линейная схема, находящаяся в любой момент в любом устойчивом состоянии. Схема делится на два состояния. В одном аспекте, когда регулятор переменного напряжения используется в качестве переключающего элемента, форма его выходного сигнала представляет собой синусоиду, и проблемы применения принципа наложения формы сигнала отсутствуют. В другом аспекте вторичная обмотка регулятора переменного напряжения подключается последовательно к синусоидальному источнику электроэнергии с той же частотой в процессе фазового управления, два источника напряжения могут быть заменены источником электроэнергии с регулированием напряжения, которые вместе оказывают влияние на линейную схему (в соответствии с теоремой о замене), и, таким образом, формы двух сигналов источников электроэнергии могут накладываться. В то же время определяется выходное) напряжение источника электроэнергии с регулированием напряжения, и в этом процессе вторичная последовательная схема регулирования напряжения может рассматриваться в качестве линейной схемы, и она может упоминаться в качестве мгновенной линейной схемы, которая является вторичной схемой, содержащей большое количество мгновенных линейных схем, и к которым может быть применен принцип наложения формы сигнала, и, таким образом, возможен способ наложения формы сигнала, основанный на принципе наложения формы сигнала в соответствии с настоящим изобретением. Гибкая технология регулирования напряжения в сочетании с принципом наложения формы сигнала обеспечивает возможность применения регуляторов переменного напряжения и полупроводниковых элементов для преодоления ограничения класса напряжения и мощности, что очень важно для развития технологии силовой электроники.
Принцип наложения формы сигнала, основанный на представлениях о непрерывности формы сигнала и гибком регулировании напряжения является теоретической основой гибкой технологии преобразования переменного тока, гибкой технологии передачи и преобразования электроэнергии, гибкой технологии регулирования напряжения и технологии переходного импеданса, и сочетание технологии быстродействующего плавного регулирования напряжения и технологии быстродействующего ступенчатого регулирования напряжения позволяет плавно регулировать форму выходного сигнала, по существу, бесконечно близкую к синусоидальной форме, и это очень важно для развития технологии плавного регулирования напряжения.
Гибкая технология преобразования переменного тока в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что в результате сочетания технологии силовой электроники с технологией преобразования переменного тока мощность, напряжение, реактивное сопротивление и другие технические показатели устройств преобразования электроэнергии управляются с высоким быстродействием с помощью функции быстродействующего управления схемы управления электроэнергией переменного тока.
Гибкая технология передачи и преобразования электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что в результате сочетания технологии силовой электроники с технологией преобразования переменного тока и технологией передачи переменного/постоянного тока электрическая сеть передачи электроэнергии переменного/постоянного высокого напряжения или сверхвысокого напряжения является безопасно, эффективно и синхронно управляемой с помощью технологии силовой электроники для регулирования устройства преобразования электроэнергии с высоким быстродействием.
Гибкая технология регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что формируется путем сочетания технологии силовой электроники и технологии преобразования переменного тока с помощью возможности быстродействующего управления компонентами силовой электроники при фазовом управлении и включении-выключении сигнала синусоидальной формы и выполняет быстродействующее плавное регулирование напряжения или быстродействующее ступенчатое регулирование напряжения или как плавное регулирование напряжения; так и ступенчатое регулирование напряжения, а также произвольное переключение с высоким быстродействием между плавным регулированием напряжения и ступенчатым регулированием напряжения на основе принципа наложения формы сигнала с тем, чтобы форма сигнала выходного напряжения была близка к синусоиде при использовании плавного регулирования напряжения, и для быстродействующего интеллектуального регулирования вторичного выходного напряжения трансформаторов при использовании ступенчатого регулирования напряжения. Гибкая технология регулирования напряжения может быть классифицирована на гибкую технологию ступенчатого регулирования напряжения и гибкую технологию плавного регулирования напряжения.
Гибкая технология преобразования переменного тока и гибкая технология регулирования напряжения могут быть применены при большой мощности и высоком классе напряжения. Необходимо непрерывно регулировать напряжение посредством ступенчатого регулирования и также регулировать сглаживание напряжения посредством плавного регулирования, особенно, в системе с активной, активно-индуктивной или активно-емкостной нагрузкой переменного тока, требующей непрерывной формы сигнала напряжения без области прерывания.
Техническое решение регулятора переменного напряжения: признаки принципа нового регулятора переменного напряжения согласно настоящему изобретению заключаются в том, что регулятор, к которому применяются регулятор переменного напряжения и принцип наложения формы сигнала, рассматривается как новый регулятор переменного напряжения. Принцип регулирования напряжения заключается в том, что источник электроэнергии переменного тока (регулирующий напряжение источник электроэнергии), управляемый регулятором переменного напряжения, подключается последовательно к источнику электроэнергии переменного тока с синусоидой неизменного напряжения (или регулируемым напряжением, но напряжение определяется, когда регулятор переменного напряжения находится в состоянии фазового управления), два источника электроэнергии выдают периодические волны с непрерывными формами сигнала напряжения и с той же частотой, генерируемая мощность гармоник изменяется от гармоник, генерируемых всем регулированием мощности в схеме управления электроэнергии переменного тока известного уровня техники до гармоник, генерируемых частью мощности регулируемого диапазона напряжения (мощности источника электроэнергии с регулированием напряжения), и, таким образом, содержание гармоник в значительной степени уменьшается.
Структурные признаки нового регулятора переменного напряжения заключаются в том. что синусоидальная периодическая волна дополнительно накладывается на периодическую волну, имеющую прерывистую форму выходного сигнала, посредством регулятора переменного напряжения на основе принципа наложения формы сигнала, чтобы решить проблему прерывистой формы сигнала напряжения. Короче говоря, первичное напряжение трансформатора регулируется регулятором переменного напряжения, чтобы наведенное вторичное напряжение соединялось последовательно с выходным напряжением синусоидального источника электроэнергии (электрической сети или вторичной обмотки другого трансформатора) для вывода напряжения вместе, как напряжения на контактных зажимах а и х на фиг. 1. Стабилизатор переменного напряжения, к которому применяется этот вид решения регулирования напряжения, представляет собой указанный новый регулятор переменного напряжения.
1
2
1
2
Когда два переключателя переменного тока, подключенные с двух сторон параллельно к источнику электроэнергии с регулированием напряжения, объединяются в положительный/отрицательный регулировочный переключатель, а затем подключаются последовательно к источнику электроэнергии с неизменным напряжением, формула для объединенного напряжения выражается в виде U=U±U (где U представляет собой выходное напряжение, U представляет собой напряжение источника электроэнергии с неизменным напряжением, U представляет собой выходное напряжение источника электроэнергии с регулированием напряжения).
Структурные признаки источника электроэнергии с регулированием напряжения состоят в том, что источник электроэнергии с регулированием напряжения представляет собой устройство с электромагнитной индукцией, управляемое посредством регулятора переменного напряжения, который, как правило, образуется двухобмоточным трансформатором (или другим видом трансформатора), регулятор переменного напряжения управляет напряжением обмотки первичной стороны, чтобы регулировать напряжение вторичной обмотки, а выходное напряжение и форма сигнала напряжения вторичной обмотки представляют собой выходное напряжение и форму сигнала напряжения источника электроэнергии с регулированием напряжения, как напряжения на контактных зажимах а и х4 на фиг. 1. Собственно говоря, принцип нового регулятора переменного напряжения состоит в том, что первичная обмотка трансформатора имеет фазовое управление посредством регулятора переменного напряжения, а затем обмотка вторичной стороны трансформатора подключается последовательно к другому источнику электроэнергии с неизменным напряжением.
Техническое решение трансформаторного переключателя: существующий трансформаторный переключатель заменяется электронным переключателем регулирования переменного напряжения. Принцип, цели и характеристики электронного переключателя регулирования переменного напряжения следующие: принцип регулятора напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения основан на том, что новый регулятор переменного напряжения регулирует напряжение обмотки регулирования напряжения третичной стороны последовательного регулировочного трансформатора напряжения (как описано ниже), используя характеристики основной схемы регулятора напряжения трансформатора. Способ регулирования напряжения заключается в том, что линейный участок регулирования напряжения использует технологию быстродействующего последовательного ступенчатого замыкания витков ступеней посредством регулятора переменного напряжения, то есть последовательно удаляет или добавляет витки ступеней (ступенчатое регулирования напряжения) в схеме регулирования напряжения, или регулирует количество витков обмотки третичной стороны (т.е. осуществляет регулирование напряжения) с использованием способа высокоскоростного последовательного ступенчатого регулирования уровня напряжения с фазовым управлением (плавного регулирования напряжения). Переключатель с реверсивным переключением используется для регулирования напряжения с реверсивным переключением, чтобы управлять с высоким быстродействием полярностью обмотки третичной стороны, и грубое-точное регулирование формируется посредством последовательного подключения двух частей линейного регулирования (две части линейного регулятора подключаются последовательно после регулирования напряжения) с тем, чтобы управлять напряжением и полярностью первичной обмотки последовательного трансформатора, тем самым достигая цели регулирования напряжения и полярности вторичной обмотки последовательного трансформатора, и электронный переключатель имеет диапазон регулирования напряжения от 0 до 100%.
Одна из характеристик электронного переключателя регулирования переменного напряжения в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что: он представляет собой последовательную схему регулирования напряжения, формируемого источником электроэнергии с неизменным напряжением (основные обмотки), источник электроэнергии с регулированием напряжения (напряжение ступени в регулировочных обмотках, также упоминаемых как витки ступени, все источники электроэнергии с регулированием напряжения представляют собой регулировочные обмотки), регулятор переменного напряжения (или переключатели переменного тока) и контрольно-измерительное устройство, основанное на принципе наложения формы сигнала, который включает следующие три основных принципа регулирования напряжения.
Первый представляет собой принцип линейного регулирования (фиг. 2). Иначе говоря, в последовательной схеме регулирования напряжения напряжение всего источника электроэнергии с неизменным напряжением (основные обмотки) устанавливается на нижний предел диапазона регулирования напряжения (то есть, верхний предел требуемого напряжения вычитается из нижнего предела требуемого напряжения). Поскольку выходное максимальное напряжение источника электроэнергии с регулированием напряжения (все источники электроэнергии с регулированием напряжения представляют собой регулировочные обмотки, и каждый источник электроэнергии с регулированием напряжения является витками ступени регулировочных обмоток) равно диапазону регулирования напряжения. При регулировании напряжения регулятор переменного напряжения используется для замыкания одного за другим источников электроэнергии с регулированием напряжения, то есть, посредством использования способа исключения (или добавления) одного за другим источников электроэнергии с регулированием напряжения из (или к) схемы регулирования напряжения.
Второй представляет собой принцип регулирования напряжения с реверсивным переключением (фиг. 3). То есть, в последовательной схеме линейного регулирования напряжения напряжение источника электроэнергии с неизменным напряжением определяется добавлением нижнего предела диапазона регулирования напряжения и половины диапазона регулирования напряжения, максимальное выходное напряжение источника электроэнергии с регулированием напряжения составляет половину диапазона регулирования напряжения, переключатель с реверсивным переключением подключается к двум концам источника электроэнергии с регулированием напряжения или источника электроэнергии с неизменным напряжением. Посредством регулирования полярности источника электроэнергии с неизменным напряжением и источника электроэнергии с регулированием напряжения и добавления или вычитания напряжения двух источников электроэнергии объединенное напряжение, выводимое в конечном итоге, будет отвечать требованиям диапазона регулирования напряжения.
Третий представляет собой принцип грубого-точного регулирования (фиг. 4). То есть, в последовательной схеме источник электроэнергии с неизменным напряжением подключается последовательно к нескольким источникам электроэнергии с регулированием напряжения для грубого регулирования, а затем подключается последовательно к нескольким источникам электроэнергии с регулированием напряжения для точного регулирования. Напряжение всех источников электроэнергии с регулированием напряжения для точного регулирования может быть равно напряжению источников электроэнергии с регулированием напряжения для грубого регулирования. Напряжение источника электроэнергии с неизменным напряжением устанавливается равным нижнему пределу диапазона регулирования напряжения, и напряжение нескольких источников электроэнергии с регулированием напряжения для грубого регулирования плюс напряжения нескольких источников электроэнергии с регулированием напряжения для точного регулирования равно диапазону регулирования напряжения. При выводе минимального напряжения нужно только исключить все источники электроэнергии для грубого регулирования и точного регулирования. При выводе максимального напряжения нужно только последовательно добавить все источники электроэнергии. При выводе промежуточного напряжения последовательная схема регулирования напряжения может быть образована посредством источника электроэнергии с неизменным напряжением, подключающего последовательно схему, которая может поэтапно с высоким быстродействием исключить источники электроэнергии с регулированием напряжения для грубого регулирования, а затем подключающего последовательно схему, которая может поэтапно с высоким быстродействием исключить или добавить источники электроэнергии с регулированием напряжения для точного регулирования.
Это три наиболее распространенные основные схемы регулирования напряжения, из которых могут быть получены различные схемы регулирования напряжения. Такие как схема грубого-точного регулирования, источники электроэнергии с регулированием напряжения для грубого регулирования, в том числе имеющие функцию реверсивного переключения, могут быть получены посредством установки переключателя с реверсивным переключением в источник электроэнергии с регулированием напряжения для грубого регулирования в схеме грубого-точного регулирования. Схема грубого-точного регулирования, источники электроэнергии с регулированием напряжения для точного регулирования, в том числе имеющие функции реверсивного переключения, могут быть получены путем установки переключателя с реверсивным переключением в источник электроэнергии с регулированием напряжения для точного регулирования в схеме грубого-точного регулирования. И существует множество способов получения, которые конкретно не описаны в настоящей заявке. Выше описаны только случаи для одной фазы, и описывается только один из трех способов сочетания способа регулирования напряжения с регуляторами переменного напряжения. На практике может быть больше одного источника электроэнергии с неизменным напряжением и может быть больше одного источника электроэнергии с регулированием напряжения. Источники электроэнергии с регулированием напряжения для грубого регулирования могут иметь одну или несколько ступеней, и источники электроэнергии с регулированием напряжения для точного регулирования могут иметь две или более ступеней. Все источники электроэнергии с регулированием напряжения для точного регулирования не должны быть эквивалентны источникам электроэнергии с регулированием напряжения для грубого регулирования. Существует много вариантов для мест регулирования напряжения, например, промежуточное регулирование напряжения (фиг. 5 и 6), регулирование напряжения на оконечной части (фиг. 7) и регулирование напряжения с нейтральной точкой (фиг. 8) и так далее, и даже может быть образован автотрансформатор посредством подключения к отводу источника электроэнергии с неизменным напряжением или источника электроэнергии с регулированием напряжения, которые соединены последовательно. Существуют различные) комбинации способов регулирования напряжения, мест регулирования напряжения, мест извлечения для каждого контактного зажима ответвления обмотки и различные их комбинации. И, кроме того, регуляторы переменного напряжения регулируются на основе характеристик регулирования напряжения, регуляторы переменного напряжения исключают поэтапно источник электроэнергии с регулированием напряжения, в любом случае, поскольку принципы регулирования напряжения комбинаций представляют собой тот же принцип электронного переключателя регулирования переменного напряжения, аналогичного в использовании, и принцип объединения фаз представляет собой тот же принцип объединения нагруженных трансформаторных переключателей, сочетания попадают в объем электронного переключателя регулирования переменного напряжения согласно настоящему изобретению.
1
2
1
2
1
2
Формула для объединенного напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения на основе принципа линейного регулирования излагается как U=U+U или U=U-U (где U представляет собой выходное напряжение, U представляет собой напряжение источника электроэнергии с неизменным напряжением, U представляет собой выходное напряжение источника электроэнергии с регулированием напряжения).
1
2
1
2
Формула для объединенного напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения на основе принципа регулирования напряжения с реверсивным переключением излагается как U=U±U (где U представляет собой выходное напряжение, U представляет собой напряжение источника электроэнергии с неизменным напряжением, U представляет собой выходное напряжение источника электроэнергии с регулированием напряжения).
Признак (2) электронного переключателя регулирования переменного напряжения заключается в том, что: посредством применения электронного переключателя регулирования переменного напряжения в трансформаторе в соответствии с принципом наложения формы сигнала, описанным в настоящем патенте, с использованием источников электроэнергия с неизменным напряжением в качестве основной обмотки, с использованием всех источников электроэнергии с регулированием напряжения в качестве обмоток регулирования напряжения, с использованием каждого из источников электроэнергии с регулированием напряжения в качестве ступени напряжения (витков ступени), переключатель, который имеет функцию быстродействующего ступенчатого регулирования напряжения или функцию быстродействующего плавного регулирования напряжения и технологию регулирования с переходным импедансом, чтобы бороться с коротким замыканием и другими аварийными ситуациями, представляет собой электронный переключатель регулирования переменного напряжения для трансформатора, определенный настоящим патентом, который также упоминается как электронный переключатель регулирования переменного напряжения.
Электронный переключатель регулирования переменного напряжения может быть использован для плавного регулирования напряжения (при использовании регулятора переменного напряжения для фазового управления, предпочтительно, каждый из регуляторов переменного напряжения использует только фазовое управление ступенью напряжения, чтобы обеспечить минимальные гармоники) и ступенчатого регулирования напряжения (когда регулятор переменного напряжения включен или выключен). Образец применения общепринятого регулятора напряжения и других устройств плавного регулирования напряжения к обмотке третичной стороны последовательного регулировочного трансформатора напряжения, или сочетания электронного переключателя регулирования переменного напряжения с общепринятыми трансформаторными переключателями попадает в объем электронного переключателя регулирования переменного напряжения.
1
2
1
2
1
2
1
1
2
Формула объединенного напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения на основе принципа регулирования напряжения с реверсивным переключением излагается как U=U±U (где U представляет собой выходное напряжение, U представляет собой напряжение источника электроэнергии с неизменным напряжением, U представляет собой выходное напряжение источника электроэнергии с регулированием напряжения), формула объединенного напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения на основе принципа линейного регулирования излагается как U=U+U или U=U-U2 (где U представляет собой выходное напряжение, U представляет собой напряжение источника электроэнергии с неизменным напряжением, U представляет собой выходное напряжение источника электроэнергии с регулированием напряжения).
Признак (3) электронного переключателя регулирования переменного напряжения заключается в том, что: технология замыкания витков ступени регулятором переменного напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения с использованием регулятора переменного напряжения, чтобы исключать с высоким быстродействием нежелательные витки ступени из схемы обмотки регулирования напряжения или добавлять поэтапно исключенные витки ступени в схему обмотки регулирования напряжения. Существует много способов такого рода, один из простых способов описан в настоящей заявке. То есть, посредством вывода всех витков ступени обмотки регулирования напряжения, за исключением переднего конца А, соединяющей каждый из выводных зажимов (в том числе задний конец) с регулятором переменного напряжения, а затем посредством короткого замыкания других зажимов всех регуляторов переменного напряжения, как X. Когда требуется ступень напряжения, требуется только включить регулятор переменного напряжения, к которому относится ступень напряжения, и отключить все другие регуляторы переменного напряжения. Если требуется, то контактный зажим А также может быть подключается к регулятору переменного напряжения, а другой контактный зажим регулятора переменного напряжения замкнут накоротко. Существует много способов исключения, которые полностью не описываются. Но любые способы, использующие регулятор переменного напряжения для поэтапного исключения с высоким быстродействием нежелательных витков ступени для обмотки регулирования напряжения из схемы обмотки регулирования напряжения или добавления исключенных витков ступени в схему обмотки регулирования напряжения посредством любых последовательно-параллельных способов, относятся к технологии замыкания витков ступени регулятором переменного напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения, определенным настоящим патентом.
Признак (4) электронного переключателя регулирования переменного напряжения заключается в том, что: существует много способов регулирования полярности обмоток переключателя с реверсивным переключением через последовательные или параллельные регуляторы переменного напряжения. Один из простых способов описывается ниже. То есть, каждый из двух концов обмотки регулирования напряжения соединяется с регулятором переменного напряжения, а другие концы двух регуляторов переменного напряжения замыкаются накоротко с контактным зажимом К, который подключается к переднему концу или заднему концу другой, обмотки. Один регулятор переменного напряжения включается, а другой отключается при выполнении регулирования прямого напряжения, а последний включается и первый выключается при выполнении регулировании обратного напряжения. Переключатели с реверсивным переключением, которые переключают полярность обмотки регулирования напряжения (или третичной обмотки подачи электроэнергии к нему) с использованием любых последовательно-параллельных способов, представляют собой переключатель с реверсивным переключением, определенный настоящим патентом.
Признак (5) электронного переключателя регулирования переменного напряжения заключается в том, что: электронный переключатель регулирования переменного напряжения формируется путем подключения группы полупроводниковых приборов последовательно или параллельно (в принципе, существуют различные последовательно-параллельные способы). Независимо от способа, поскольку переключатель формируется полупроводниковыми приборами и соответствует принципу регулирования напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения, и находится в соответствии с принципом наложения формы сигнала, определенным в настоящем патенте, и подключен последовательно или параллельно к третичной обмотке последовательного регулировочного трансформатора напряжения, определенного в п. 2, и может с высоким быстродействием регулировать напряжение, переключатель представляет собой электронный переключатель регулирования переменного напряжения, определенный настоящим патентом.
Признак (6) электронного переключателя регулирования переменного напряжения заключается в том, что: электронный переключатель регулирования переменного напряжения формируется путем подключения группы полупроводниковых приборов последовательно или параллельно (в принципе, существуют различные последовательно-параллельные способы). Независимо от способа, поскольку переключатель формируется полупроводниковыми приборами и соответствует принципу регулирования напряжения электронного переключателя регулирования переменного напряжения, применяется к обмотке первичной или вторичной стороны любого из высоковольтных трансформаторов, он представляет собой электронный переключатель регулирования переменного напряжения, определенный настоящим патентом. Но он имеет большие гармонические волны, и легко попадает в аварии при применении к высоковольтным устройствам средней/большой мощности, имеет более, низкий класс напряжения при том же количестве регуляторов переменного напряжения меньшей мощности, не применяется в общем случае.
Признак (7) электронного переключателя регулирования переменного напряжения заключается в том, что: электронный переключатель регулирования переменного напряжения (или новый регулятор переменного напряжения) при применении реактора упоминается как электронный переключатель реактора регулятора переменного напряжения, который для краткости называется электронным переключателем регулирования переменного напряжения. Конечно, он может быть применен к другим схемам, необходимым для регулирования напряжения, или переключателям, относящимся к схеме переменного тока, в которой необходимо заменить компонент или устройство (то есть, исключить или добавить), называется электронным переключателем регулирования переменного напряжения.
Признак (8) электронного переключателя регулирования переменного напряжения заключается в том, что: полупроводниковые компоненты в электронном переключателе регулирования переменного напряжения могут быть заменены другими переключающими элементами, такими как контакторы, выключатели и другие переключающие элементы, в соответствии с принципом наложения формы сигнала и принципом электронного переключателя регулирования переменного напряжения или прикладной технологии переходного импеданса, которая относится к электронному переключателю регулирования переменного напряжения, определенному настоящим патентом.
Любые электронные переключатели, которые соответствуют 8 признакам нового регулятора переменного напряжения и электронного переключателя регулирования переменного напряжения и соответствуют любым условиям, изложенным для электронного переключателя регулирования переменного напряжения в п. 1, представляют собой электронный переключатель регулирования переменного напряжения.
Если коротко, то электронный переключатель регулирования переменного напряжения формируется путем последовательного или параллельного соединения полупроводниковых приборов. В принципе, существуют различные последовательно-параллельные способы. Независимо от способа, поскольку переключатель формируется полупроводниковыми приборами на основе принципа наложения формы сигнала и подключается последовательно или параллельно к третичной обмотке последовательного регулировочного трансформатора напряжения, как определено в п. 2 (или первичной обмотке последовательного трансформатора), или применяется к первичной или вторичной обмоткам трансформаторов любого вида и имеет функции регулирования напряжения или переключателя переменного тока, трансформатор решает проблемы прерывистой формы сигнала напряжения, регулирования напряжения, больших гармоник, быстродействующего регулирование реактивного сопротивления трансформатора, замены устройств или компонентов в схемах (что означает исключение или добавление), который представляет собой электронный переключатель регулирования переменного напряжения.
Вышеуказанный переключатель объединяется с контрольно-измерительным устройством. Контрольно-измерительное устройство состоит из входного сигнала, измерительной части, логической части, исполнительной части, выходного сигнала, части значений настройки и других частей, регистрирует ток, напряжение, импеданс и другие различные показатели системы, электронный переключатель регулирования переменного напряжения управляется в соответствии с программой, составленной таким образом, чтобы автоматически управлять трансформатором с переходным импедансом, и нагрузка может регулироваться. Контрольно-измерительное устройство может быть не предусмотрено, и измерение обрабатывается в ручном режиме. На фиг. 9 приведена схема, показывающая принцип контрольно-измерительного устройства.
Решение последовательного регулировочного трансформатора напряжения: последовательный регулировочный трансформатор напряжения, определенный настоящим патентом, характеризуется тем, что он, в общем, состоит из двух типов трансформаторов. Одним из них является главный трансформатор (называемый для краткости главным трансформатором, трансформаторами секционированными обмотками или последовательным трансформатором, и он может включать несколько главных трансформаторов), другой тип представляет собой последовательный трансформатор (называемый для краткости последовательным трансформатором, трансформатором с секционированными обмотками или последовательным трансформатором, и он может включать несколько последовательных трансформаторов). Независимо от того требуется ли обмотка регулирования напряжения, расположенная на главном трансформаторе требуется, или нет, посредством двух трансформаторов для подачи электроэнергии к первичной стороне последовательного трансформатора, трансформатор называется расширенным последовательным регулировочным трансформатором напряжения, и обычно называются последовательными регулировочными трансформаторами напряжения, поскольку одни и те же вторичные обмотки соединены последовательно, напряжение вторичной обмотки главного трансформатора является неизменным (или регулируемым), напряжение вторичной обмотки последовательного трансформатора регулируется таким образом, чтобы напряжение двух вторичных обмоток, которые соединены последовательно, изменялось таким образом, чтобы изменить объединенное напряжение вторичной обмотки главного и последовательного трансформаторов, тем самым регулируя напряжение вместе с нагрузками. Область их применения распространяется на все области трансформаторов, и при этом конструкция вторичной обмотки может использовать любые конструкции обмоток трансформатора.
При исключении вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, трансформатор, в котором один конец вторичной обмотки непосредственно подключается к электрической сети (или источнику электроэнергии), а другой конец подключается к другой электрической сети (или нагрузке или источнику электроэнергии), упоминается как регулировочный автотрансформатор напряжения последовательного трансформатора, в котором электрическая сеть (или источник электроэнергии) служит в качестве вторичной обмотки главного трансформатора и обычно называется последовательным регулировочным трансформатором напряжения.
При исключении первичной и вторичной обмоток главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, первичная обмотка последовательного трансформатора питается от управляемого источника электроэнергии регулятора переменного напряжения, один конец вторичной обмотки последовательного трансформатора подключается к другой электрической сети, и другой конец подключается к другому нагруженному последовательному регулировочному трансформатору напряжения, который представляет собой последовательный регулировочный трансформатор напряжения, использующий источник электроэнергии в качестве главного трансформатора.
Две одинаковые вторичные обмотки последовательного регулировочного трансформатора напряжения соединяются последовательно с образованием вторичной обмотки одной фазы последовательного регулировочного трансформатора напряжения (две синфазные вторичные обмотки могут использовать расширяющуюся конструкцию обмотки (конструкция показана на фиг. 10), и две обмотки также могут использовать любые конструкции для обмоток трансформатора, а затем могут быть соединены конец к концу, что называется вторичной обмоткой или вторичной стороной последовательного регулировочного трансформатора напряжения). Когда требуются три фазы, вторичная обмотка последовательного регулировочного трансформатора напряжения может быть выполнена в любом сочетании соединений (включая расширенный треугольник).
Первичная обмотка и вторичная обмотка последовательного трансформатора, использующего тип автотрансформатора, называется последовательным регулировочным трансформатором напряжения последовательного автотрансформатора, и также называется в данной заявке последовательным регулировочным трансформатором напряжения. Первичная обмотка и вторичная обмотка главного трансформатора, использующего тип автотрансформатора, называется последовательным регулировочным трансформатором напряжения главного автотрансформатора, и также называется в данной заявке последовательным регулировочным трансформатором напряжения. Главный трансформатор, подающий электроэнергию на последовательный трансформатор автотрансформатора (или регулировочный трансформатор напряжения), называется подающим электроэнергию последовательным регулировочным автотрансформатором напряжения, но упоминается как последовательный регулировочный трансформатор напряжения, который может быть использован смешанным образом.
Трансформатор относится к трансформаторам с секционированными обмотками, независимо от количества секционированных обмоток и числа трансформаторов главного трансформатора или последовательного трансформатора, и трансформатор относится к последовательному трансформатору независимо от числа обмоток трансформаторов, соединенных последовательно, и секционированного трансформатора, или последовательный трансформатор и секционированный трансформатор могут быть использованы смешанным образом.
Любой трансформатор, в котором вторичная обмотка трансформатора соединяется согласно принципу регулирования напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения, или напряжение синтезируется двумя или более переменными, или неизменными, или регулируемыми напряжениями, и независимо от того, сколько трансформаторов подключены последовательно к вторичной стороне (включая подключение к электрической сети и источнику электроэнергии), представляет собой тип последовательного регулировочного трансформатора напряжения, определенный настоящим патентом.
Любой трансформатор, использующий технологию регулирования с переходным импедансом для подавления короткого замыкания или других аварий, или любой общепринятый последовательный регулировочный трансформатор напряжения, использующий функцию быстродействующего регулирования напряжения, также представляет собой последовательный регулировочный трансформатор напряжения, определенный настоящим патентом.
Последовательный регулировочный трансформатор напряжения (конструкция показана на фиг. 11) обычно состоит из первичной обмотки, вторичной обмотки и обмотки третичной стороны, или упоминаемой как обмотка регулирования напряжения, и может состоять из первичной обмотки, обмотки третичной стороны, или упоминаемой как обмотка регулирования напряжения. Последовательный трансформатор состоит из первичной обмотки (иногда может упоминаться как обмотка третичный стороны), вторичной обмотки, или различные обмотки секционируются, или трансформаторы секционируются, поскольку обмотка подает электроэнергию на первичную обмотку последовательного трансформатора, независимо от того расположена ли она на главном трансформаторе или на одном или нескольких трансформаторах, обмотка может упоминаться как обмотка третичной стороны.
Формула объединенного напряжения вторичного напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения излагается как U=U1±U2 (где U представляет собой выходное напряжение, U1 представляет собой вторичное напряжение главного трансформатора, и U2 представляет собой вторичное напряжение последовательного трансформатора), диапазон регулирования напряжения составляет 0-100%.
Электронный переключатель регулирования переменного напряжения имеет либо функцию быстродействующего плавного регулирования напряжения, либо функцию быстродействующего ступенчатого регулирования напряжения, и последовательный регулировочный трансформатор напряжения при применении в системе плавного регулирования напряжения называется регулятором напряжения.
Две синфазные вторичные обмотки последовательного регулировочного трансформатора напряжения последовательно соединяются с образованием одной фазы. Когда требуются три фазы, вторичная обмотка последовательного регулировочного трансформатора напряжения может быть выполнена в виде сочетания соединений, включая расширенный треугольник и конструкцию группы соединения расширенным треугольником, которая оказывает значительное влияние при применении вышеупомянутой технологии для трансформатора известного уровня техники, восстановленного в соответствии с настоящей технологией.
Признак последовательного регулировочного трансформатора напряжения может быть другим типом трансформатора, таким как регулировочный трансформатор напряжения с двух-, грех- или четырехстрежиевым сердечником и обводным стержнем, фронтальным регулировочным трансформатором, и другие трансформаторы могут иметь такую же функцию.
В настоящее время, поскольку последовательный регулировочный трансформатор напряжения применяется для электронных переключателей регулирования переменного напряжения, использование и функции последовательного регулировочного трансформатора напряжения в значительной степени расширяются, с учетом этого обстоятельства настоящий патент предлагает новую форму трансформатора, именуемого расширенным последовательным регулировочным трансформатором напряжения (также называемым для краткости последовательным регулировочным трансформатором напряжения), который является дополнением и совершенствованием общепринятых последовательных регулировочных трансформаторов напряжения с целью удовлетворения различным требованиям.
Безопасное решение для подавления внезапного короткого замыкания и поддержания устойчивости системы: технология переходного импеданса согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что (то есть, технология регулирования переходных импедансов наглядно упоминается как технология быстродействующего регулирования вторичного напряжения трансформатора): технология переходного импеданса представляет собой технологию регулирования с переходным импедансом и технологию использования функции быстродействующего регулятора электронного переключателя регулирования переменного напряжения, когда на вторичной стороне происходят короткое замыкание или другие неблагоприятные ситуации, электронный переключатель регулирования переменного напряжения регулирует вторичное напряжение трансформатора с высоким быстродействием, чтобы регулировать реактивное падение напряжения трансформатора вверх или вниз таким образом, чтобы поддерживать вторичную систему устойчивой при любых аварийных ситуациях. Технология переходного импеданса согласно настоящему изобретению в основном использует электронный переключатель регулирования переменного напряжения для управления вторичным напряжением последовательного регулировочного трансформатора напряжения для повышения или понижения напряжения с высоким быстродействием, даже делает полярности двух синфазных вторичных обмоток противоположными, чтобы сформировать катушки индуктивности, соединенные последовательно с противоположными полярностями, и мгновенно преобразует вторичную обмотку трансформатора в обмотку реактора. Посредством регулирования напряжения вторичной обмотки последовательного трансформатора падение напряжения на реактивном сопротивлении трансформатора с переходным импедансом, в принципе, регулируется до заданного уровня с высоким быстродействием. Падение напряжения на реактивном сопротивлении трансформатора в теории может быть снижено почти на 100%, и реактивная составляющая напряжения трансформатора цепи управления дает возможность достижения системой заданного уровня в случае аварийной ситуации, или приводит напряжение к значению, близкому, но не равному 0 (при регулировании напряжения посредством ступенчатого регулирования до ближайшего уровня выше 0, плавное регулирование напряжения может быть использовано для приведения вторичного напряжения близко к 0, но не равным 0), сделать ток короткого замыкания поддающимся управлению, но, не прерывая ток, поддерживая тем самым стабильность вторичной системы при любых аварийных ситуациях, а также заставить обычный трансформатор или даже трансформатор с низким импедансом мгновенно стать реактором с регулируемый реактивным сопротивлением, что очень важно для защиты значительного количества силового оборудования, такого как высоковольтная электрическая сеть и электрическая плавильная печь.
Стандартное время для быстродействующего регулирования: наименьшее время, в течение которого трансформатор или другое силовое оборудование и вся система, состоящая из них с таким классом напряжения и мощностями, должны быть способны выдержать при внезапном коротком замыкании и других аварийных ситуациях, как предусмотрено международными стандартами.
Техническое решение трансформатора с переходным импедансом: трансформатор с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор с переходным импедансом, как правило, состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения, последовательного регулировочного трансформатора напряжения (вдобавок он может содержать трансформаторный переключатель). При применении высоковольтной или сверхвысоковольтной электрической сети или низковольтной системы больших токов или других систем с активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузкой, требующих мгновенного повышения реактивного сопротивления или быстродействующей стабилизации напряжения, падение напряжения на реактивном сопротивлении трансформатора может с высоким быстродействием регулироваться до заданного или разумного уровня с помощью технологии переходного импеданса согласно настоящему) изобретению. Трансформатор может с высоким быстродействием стать трансформатором с высоким импедансом, то есть при нормальных условиях трансформатор является обычным трансформатором или даже трансформатором с низким импедансом в аспектах импеданса, потерь и тому подобное. При возникновении внезапного короткого замыкания или других неблагоприятных ситуаций, обычный трансформатор мгновенно становится трансформатором с высоким импедансом или трансформатором со сверхвысоким импедансом, обеспечивая тем самым ток короткого замыкания системы ниже номинального тока или любого уровня, а когда аварийные ситуации устраняются, трансформатор может быть мгновенно возвращен к обычному трансформатору. Этот вид трансформатора называется трансформатором с переходным импедансом. Трансформатор может быть классифицирован на силовой трансформатор с переходным импедансом, специальный трансформатор с переходным импедансом, регулятор напряжения с переходным импедансом, силовой трансформатор с переходным импедансом и т.п., на основе технической области применения, и трансформатор может быть применим для обеспечения безопасности разных систем.
Техническое решение высоковольтного автоматического выключателя: технические преимущества технологии разъединения стороны трансформатора с переходным импедансом заключаются в том, что разъединяемая часть третичной стороны низкого напряжения используется для замены разъединения первичной стороны, обеспечивая тем самым частичную замену высоковольтного автоматического выключателя посредством дешевой и долговечной низковольтной схемы автоматического выключателя. Принцип состоит в том, что к главному трансформатору добавляется еще одна основная обмотка и подключается к регулировочной обмотке, между основной обмоткой и первичной обмоткой последовательного трансформатора предусматривается автоматический выключатель нагрузки, и на вторичной стороне предусматривается короткозамыкатель, когда кто-то хочет отключить ток нагрузки, автоматический выключатель третичной стороны размыкается, в то же время короткозамыкатель на вторичной стороне замыкается, поскольку вторичная сторона замкнута накоротко, низкое напряжение главного трансформатора полностью прикладывается к обмоткам низкого напряжения последовательного трансформатора, и поскольку обмотки высокого напряжения последовательного трансформатора разомкнуты, последовательный трансформатор находится в состоянии холостого хода с обмотками низкого напряжения, питающими его. Через обмотки низкого напряжения протекает только ток холостого хода. Очевидно, что силовой трансформатор находится в состоянии под нагрузкой, и в это время вторичная нагрузка находится в состоянии без электрического тока, напряжения. Схема электрических соединений показана на фиг. 12.
Технические решения силового трансформатора с переходным импедансом: силовой трансформатор с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения, и электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, вторичные обмотки главного трансформатора и последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключаются ко второй электрической сети или другим силовым нагрузкам, и силовой трансформатор с переходным импедансом и секционированными обмотками, повышающий силовой автотрансформатор с переходным импедансом, повышающий силовой автотрансформатор с переходным импедансом и секционированными обмотками, быстродействующий понижающий силовой регулировочный автотрансформатор напряжения, быстродействующий понижающий силовой регулировочный автотрансформатор напряжения с секционированными обмотками и тому подобное получаются из силового трансформатора с переходным импедансом.
Силовой трансформатор с переходным импедансом в основном применяется в высоковольтной или сверхвысоковольтной электрической сети для передачи электроэнергии и управления реактивной мощностью электрической сети, а также быстродействующего регулирования напряжения, обеспечения безопасности и ' компенсации реактивной мощности вторичной стороны, и может управлять системой с интеллектуальным управлением посредством трансформатора, обеспечить управление стабильностью напряжения, управлять с высокой скорость дисбалансом каждой фазы нагрузки, освободить трансформатор от технического обслуживания, регулировать мощность трансформатора.
Силовой трансформатор с переходным импедансом с секционированными обмотками характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения. В первом силовом трансформаторе с переходным импедансом и секционированными обмотками вторичная обмотка главного последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения секционирована на две вторичные обмотки, и во втором силовом трансформаторе с переходным импедансом последовательный трансформатор делится на два трансформатора, которые упоминаются как вторичная обмотка (1) и вторичная обмотка (2), когда должны быть подключены первая электрическая сеть, вторая электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) и третья электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка), первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, вторичная обмотка (1) подключается ко второй электрической сети (электрической силовой нагрузке), вторая обмотка (2) подключается к третьей электрической сети (электрической силовой нагрузке). Если вторая электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) и третья электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) нуждаются, соответственно, в регулировании напряжения, может быть использовано второе решение секционирования, то есть, последовательный трансформатор делится на два трансформатора, а затем обмотки регулирования напряжения секционируются на две обмотки, в то же время два электронных переключателя регулирования переменного напряжения должны быть подключаются к двум обмоткам регулирования напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения, первичные обмотки трансформатора двух последовательных трансформаторов питаются от двух обмоток регулирования напряжения главного трансформатора. Напряжения второй электрической сети (электрической силовой нагрузки) и третьей электрической сети (электрической силовой нагрузки) регулируются посредством регулирования разными переключателями соответственно. При этом трансформатор с переходным импедансом называют силовым трансформатором с переходным импедансом и секционированными обмотками. Поскольку вторичная обмотка последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения делится на две вторичные обмотки, когда последовательный трансформатор делится на два трансформатора, поскольку технология переходного импеданса может быть применена к двум вторичными обмотками соответственно, электрическая сеть (электрическую силовую нагрузку) будет менее подвержена влиянию, если другая электрическая сеть (другая электрическая силовая нагрузка) выйдет из строя.
Повышающий силовой автотрансформатор с переходным импедансом и секционированными обмотками характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Вторичная обмотка главного трансформатора исключается, и электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Когда первая электрическая сеть (при более низком напряжении) и вторая электрическая сеть должны быть соединены для повышения напряжения, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, а вторичная обмотка последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается между первой электрической сетью и второй электрической сетью, чтобы регулировать напряжение второй электрической сети.
Повышающий силовой автотрансформатор с переходным импедансом и секционированными обмотками характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Вторичная обмотка главного трансформатора исключается, вторичная обмотка последовательного трансформатора секционируется на две вторичные обмотки, или последовательный трансформатор делится на два трансформатора. Здесь вторичные обмотки последовательного трансформатора упоминаются как вторичная обмотка (1) и вторичная обмотка (2). Когда первая электрическая сеть (более низкое напряжение), вторая электрическая сеть и третья электрическая сеть должны быть соединены, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, вторичная обмотка (1) подключается между первой электрической сетью и второй электрической сетью, вторая обмотка (2) подключается между первой электрической сетью и третьей электрической сетью. Если вторая электрическая сеть и третья электрическая сеть нуждаются, соответственно, в регулирование напряжения, второй секционированный раствор может быть использовано второе решение секционирования, то есть, последовательный трансформатор делится на два трансформатора, а затем обмотки регулирования напряжения секционируются на две обмотки. В то же время два электронных переключателя регулирования переменного напряжения должны быть подключены к двум обмоткам регулирования напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Первичные обмотки двух последовательных трансформаторов питаются от двух обмоток регулирования напряжения главного трансформатора. Напряжения второй электрической сети и третьей электрической сети регулируются посредством регулирования разными переключателями соответственно. При этом трансформатор с переходным импедансом называется повышающим силовым автотрансформатором с переходным импедансом и секционированными обмотками. Поскольку вторичная обмотка последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения делится на две вторичные обмотки, когда последовательный трансформатор делится на два трансформатора, поскольку технология переходного импеданса может быть применена к двум вторичным обмотками соответственно, электрическая сеть будет менее подвержена влиянию, если другая электрическая сеть выйдет из строя. В этом решении электрическая сеть с более низким напряжением используется в качестве вторичной обмотки главного трансформатора.
Быстродействующий понижающий силовой регулировочный автотрансформатор напряжения характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения, вторичная обмотка главного трансформатора исключается, электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Когда первая электрическая сеть (при более высоком напряжении) и вторая электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) должны быть соединены для понижения напряжения, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, первая электрическая сеть и вторая электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) соединяется вторичной обмоткой последовательного трансформатора, а первая электрическая сеть используется в качестве вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы регулировать напряжение второй электрической сети (электрической силовой нагрузки).
Быстродействующий понижающий силовой регулировочный автотрансформатор напряжения с секционированными обмотками характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Вторичная обмотка главного трансформатора исключается, а вторичная обмотка последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения секционируется на две вторичные обмотки, или последовательный трансформатор делится на два трансформатора, которые упоминаются как вторичная обмотка (1) и вторичная обмотка (2). Когда первая электрическая сеть (более высокое напряжение), вторая электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) и третья электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) должны быть соединены, первичная обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, вторичная обмотка (1) подключается между второй электрической сетью (электрической силовой нагрузкой) и первой электрической сетью, вторая обмотка (2) подключается между третьей электрической сеть (электрической силовой нагрузкой) и первой электрической сетью. Если вторая электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) и третья электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) нуждаются, соответственно, в регулировании напряжения, последовательный трансформатор может быть разделен на два трансформатора, а затем обмотки регулирования напряжения секционируются, на две обмотки. В то же время два электронных переключателя регулирования переменного напряжения должны быть подключены к двум обмоткам регулирования напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Первичные обмотки трансформатора двух последовательных питаются от двух обмоток регулирования напряжения главного трансформатора соответственно. Напряжения второй электрической сети (электрической силовой нагрузки) и третьей электрической сети (электрической силовой нагрузки) регулируются посредством регулирования разными переключателями соответственно. Здесь трансформатор упоминается как быстродействующий понижающий силовой регулировочный автотрансформатор напряжения с секционированными обмотками.
Решение специального трансформатора с переходным импедансом: трансформатор, как правило, обычно состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). Электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети или к источнику электроэнергии, вторичные обмотки главного трансформатора и последовательный трансформатор последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключаются к электрической силовой нагрузке. Быстродействующий специальный регулировочный автотрансформатор напряжения получается из специального трансформатора с переходным импедансом, и ряд специальных трансформаторов, таких как преобразовательный трансформатор с переходным импедансом, быстродействующий преобразовательный регулировочный автотрансформатор напряжения, печной трансформатор с переходным импедансом, быстродействующий печной регулировочный автотрансформатор напряжения, тяговый трансформатор с переходным импедансом, тяговый трансформатор со стабилизацией напряжения, регулированием мощности и переходным импедансом и тому подобное получаются из специального трансформатора с переходным импедансом;
Быстродействующий специальный регулировочный автотрансформатор напряжения характеризуется тем, что: (как показано на фиг. 13) трансформатор, как правило, состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель), электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения, а вторичная обмотка главного трансформатора исключается. Когда электрическую силовую нагрузку необходимо подключить к электрическим сетям для повышения/понижения напряжения, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети, и электрическая сеть и электрическая силовая нагрузка соединяются вторичной обмоткой последовательного трансформатора. Электрическая сеть используется в качестве вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы понизить/повысить напряжение электрической силовой нагрузки.
Решение преобразовательного трансформатор с переходным импедансом: преобразовательный трансформатор с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). И электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения, а первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети или источнику электроэнергии. Вторичные обмотки главного трансформатора и последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключаются к электрической силовой нагрузке. Описание секционированных обмоток или многопульсного преобразовательного трансформатора опущено.
Быстродействующий понижающий преобразовательный регулировочный автотрансформатор напряжения характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). Электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения, а вторичная обмотка главного трансформатора исключается. Когда электрическую силовую нагрузку необходимо подключить к электрическим сетям для повышения/понижения напряжения, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети, и электрическая сеть и электрическая силовая нагрузка соединяются вторичной обмоткой последовательного трансформатора. Электрическая сеть используется в качестве вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы регулировать напряжение электрической силовой нагрузки. Описание многопульсного преобразовательного трансформатора с секционированными обмотками опущено.
Решение преобразовательного трансформатора с переходным импедансом: преобразовательный трансформатор с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). Электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения, а первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети или источнику электроэнергии. Вторичные обмотки главного трансформатора и последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключаются к электрической силовой нагрузке.
Быстродействующий печной регулировочный трансформатор напряжения характеризуется тем, что: быстродействующий печной регулировочный трансформатор напряжения обычно состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). Электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения, а вторичная обмотка главного трансформатора исключается. Когда электрическую силовую нагрузку необходимо подключить к электрическим сетям для повышения/понижения напряжения, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети, и электрическая сеть и электрическая силовая нагрузка соединяются вторичной обмоткой последовательного трансформатора. Электрическая сеть используется в качестве вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы понизить/повысить напряжение электрической силовой нагрузки.
Решение тягового трансформатора с переходным импедансом: тяговый трансформатор с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения для обеспечения быстродействующего ступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой. Принимаем группу, образованную путем соединения YN и d11, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к высоковольтной электрической сети, вторичные обмотки главного трансформатора и последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения соединены с образованием структуры d11, которая соединяется с линией электропередачи железнодорожной тяги в измененную структуру YN, d11 тяги.
Когда тяговый трансформатор принадлежит к другим группам, такой как группа соединения YN, d11, d5, при таком подходе путем изменения могут использоваться структуры V, V0 с двумя соединенными между собой однофазными трансформаторами, трансформатор по схеме Леблана, трансформаторная схема Вудбрижджа, деформированная трансформаторная схема Вудбриджа, деформированный трансформатор YN, d11, деформированный трансформатор YN, d11, d5 и тому подобное.
Техническое решение регулятора напряжения с переходным импедансом: регулятор напряжения с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). Напряжение третичной стороны электронного переключателя регулирования переменного напряжения регулируется ступенчато или плавно с высоким быстродействием, и первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети, а вторичные обмотки, образованные с помощью главного трансформатора и последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, подключаются к активной, активно-индуктивной или активно-емкостной нагрузке. Повышающий авторегулятор с переходным импедансом или быстродействующий повышающий регулировочный автотрансформатор напряжения получается из регулятора напряжения с переходным импедансом. Электронный переключатель регулирования переменного напряжения имеет функции быстродействующего плавного регулирования напряжения и быстродействующего ступенчатого регулирования напряжения. Когда они сочетаются, форма сигнала выходного напряжения может быть бесконечно близка к синусоиде. Трансформатор при применении в системе плавного регулирования напряжения упоминается как регулятор напряжения.
Повышающий автотрансформатор с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети, а вторичная обмотка главного трансформатора исключается, напряжение третичного стороны регулируется ступенчато или плавно с высоким быстродействием с помощью электронного переключателя регулирования переменного напряжения. Электрическая сеть (или источник электроэнергии) и электрическая силовая нагрузка соединены вторичной обмоткой последовательного трансформатора, электрическая сеть (или источник электроэнергии) используется в качестве вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы регулировать напряжение активной, активно-индуктивной или активно-емкостной электрической силовой нагрузки.
Быстродействующий понижающий преобразовательный регулировочный автотрансформатор напряжения характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). Первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к электрической сети, а вторичная обмотка главного трансформатора исключается. Напряжение третичной стороны электронного переключателя регулирования переменного напряжения регулируется ступенчато или плавно с высоким быстродействием, электрическая сеть (или источник электроэнергии) и электрическая силовая нагрузка соединяются вторичной обмоткой последовательного трансформатора. Электрическая сеть (или источник электроэнергии) используется в качестве вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы регулировать напряжение активной, активно-индуктивной или активно-емкостной электрической силовой нагрузки.
Техническое решение трансформатора источника электроэнергии с переходным импедансом: трансформатор источника электроэнергии с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). Напряжение третичной стороны электронного переключателя регулирования переменного напряжения регулируется ступенчато с высоким быстродействием. Первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к источнику электроэнергии, а вторичные обмотки, образованные главным трансформатором и последовательным трансформатором последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключаются к активной, активно-индуктивной или активно-емкостной нагрузке, быстродействующий регулировочный автотрансформатор напряжения источника электроэнергии получается из трансформатора источника электроэнергии с переходным импедансом.
Повышающий автотрансформатор источника электроэнергии с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель). Первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к источнику электроэнергии, а вторичная обмотка главного трансформатора исключается. Напряжение третичной стороны электронного переключателя регулирования переменного напряжения регулируется ступенчато или плавно с высоким быстродействием. Источник электроэнергии и электрическая силовая нагрузка соединяются вторичной обмоткой последовательного трансформатора. Источник электроэнергии используется в качестве вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы регулировать напряжение активной, активно-индуктивной или активно-емкостной электрической силовой нагрузки.
Быстродействующий понижающий регулировочный автотрансформатор напряжения источника электроэнергии и быстродействующий понижающий регулировочный автотрансформатор напряжения характеризуются тем, что: трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (может содержать трансформаторный переключатель), первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к источнику электроэнергии (или электрической сети), вторичная обмотка главного трансформатора исключается. Напряжение третичного стороны регулируется ступенчато или плавно с высоким быстродействием с помощью электронного переключателя регулирования переменного напряжения. Электрическая сеть питается от вторичной обмотки последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы регулировать напряжение активной, активно-индуктивной или активно-емкостной электрической силовой нагрузки.
Техническое решение быстродействующего регулировочного трансформатора напряжения: быстродействующий регулировочный трансформатор напряжения состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и любых типов трансформаторов. Переключатель регулирования переменного напряжения функционирует на первичной стороне трансформатора, а трансформатор использует электронный переключатель регулирования переменного напряжения в качестве нагруженного переключателя регулирования напряжения. Такой трансформатор называется быстродействующим регулировочным трансформатором напряжения. Но в настоящее время трансформатор может использоваться только для низковольтных и маломощных трансформаторов в связи с исполнением из полупроводниковых компонентов.
Техническое решение типа технологии подключения к электрической сети трансформатора с переходным импедансом: тип способа подключения к электрической сети трансформатора с переходным импедансом характеризуется тем, что: трансформатор с переходным импедансом образован электронным переключателем регулирования переменного напряжения и последовательным регулировочным трансформатором напряжения, и технологией подключения к электрической сети. Электронные переключатели регулирования переменное напряжение подключаются к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, а вторичные обмотки главного трансформатора и последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключаются ко второй электрической сети. И тип способа подключения к электрической сети силового трансформатора с переходным импедансом с секционированными обмотками, тип способа подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом, тип способа подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом и т.п. получаются из типа способа подключения к электрической сети силового трансформатора с переходным импедансом.
Тип способа подключения к электрической сети силового трансформатора с переходным импедансом и секционированными обмотками характеризуется тем, что: вторичные обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения секционируются на две обмотки (первый тип силового трансформатора с переходным импедансом и секционированными обмотками), или последовательный трансформатор делится на два трансформатора (торой тип силового трансформатора с переходным импедансом и секционированными обмотками), которые упоминаются как вторичная обмотка (1) и вторичная обмотка (2). Когда первая электрическая сеть, вторая электрическая сеть и третья электрическая сеть должны быть соединены, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, вторичная обмотка (1) подключается ко второй электрической сети, вторая обмотка (2) подключается к третьей электрической сети. Если вторая электрическая сеть и третья электрическая сеть нуждаются, соответственно, в регулировании напряжения, последовательный трансформатор делится на два трансформатора, а затем обмотки регулирования напряжения секционируются на две обмотки. В то же время два электронных переключателя регулирования переменного напряжения должны быть подключены к двум обмоткам регулирования напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения соответственно. Первичные обмотки последовательного трансформатора питаются от двух обмоток регулирования напряжения главного трансформатора. Напряжения второй электрической сети и третьей электрической сети регулируются посредством регулирования разными переключателями соответственно. При этом трансформатор с переходным импедансом называется секционированным силовым трансформатора с переходным импедансом. Поскольку вторичная обмотка последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения делится на две вторичные обмотки, когда последовательный трансформатор делится на два трансформатора, поскольку технология переходного импеданса может быть применена к двум вторичным обмотками соответственно, электрическая сеть будет менее подвержена влиянию, если другая электрическая сеть выйдет из строя.
Тип способа подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом характеризуются тем, что: он применяется к повышающей системе электрической сети и состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения (фиг. 14). Вторичная обмотка главного трансформатора исключается, и электронный переключатель регулирования переменного напряжения подключается к третичной стороне последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Когда первая электрическая сеть (при более низком напряжении) и вторая электрическая сеть должны быть соединены для повышения напряжения, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, первая электрическая сеть и вторая электрическая сеть соединяются вторичной обмоткой последовательного трансформатора. Первая электрическая сеть действует в качестве вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, чтобы регулировать напряжение второй электрической сети.
Тип способа подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом и секционированными обмотками характеризуется тем, что: при применении в повышающей системе электрической сети трансформатор состоит из электронного переключателя регулирования переменного напряжения и последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Вторичная обмотка главного трансформатора исключается, а вторичная обмотка последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения секционируется на две вторичные обмотки, или последовательный трансформатор делится на два трансформатора, которые упоминаются как вторичная обмотка (1) и вторичная обмотка (2). Когда первая электрическая сеть (более низкое напряжение), вторая электрическая сеть и третья электрическая сеть должны быть соединены, первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения подключается к первой электрической сети, вторичная обмотка (1) подключается между второй электрической сетью и первой электрической сетью, а вторая обмотка (2) подключается между третьей электрической сетью и первой электрической сетью. Если вторая электрическая сеть и третья электрическая сеть нуждаются, соответственно, в регулировании напряжения, последовательный трансформатор может быть разделен на два трансформатора, а затем обмотки регулирования напряжения делятся на две обмотки. В то же время два электронных переключателя регулирования переменного напряжения должны быть подключены к двум обмоткам регулирования напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения. Первичные обмотки последовательного трансформатора питаются от двух обмоток регулирования напряжения главного трансформатора. Напряжения второй электрической сети и третьей электрической сети регулируются посредством регулирования разными переключателями соответственно. При этом трансформатор с переходным импедансом называется повышающим силовым автотрансформатором с переходным импедансом и секционированными обмотками. Поскольку вторичная обмотка последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения делится на две вторичные обмотки, когда последовательный трансформатор делится на два трансформатора, поскольку технология переходного импеданса может быть применена к двум вторичным обмотками соответственно, электрическая сеть будет менее подвержена влиянию, если другая электрическая сеть выйдет из строя.
Тип способа подключения к электрической сети быстродействующего понижающего регулировочного автотрансформатора напряжения характеризуется тем, что: он имеет ту же конструкцию, что и тип способа подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом, но он применяется в понижающих системах подключения к электрической сети.
Тип способа подключения к электрической сети быстродействующего понижающего регулировочного автотрансформатора напряжения с секционированными с обмотками характеризуется тем, что: он имеет тот же способ подключения, что и тип способа подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом и секционированными обмотками, но он применяется в понижающей системе подключения к электрической сети.
Техническое решение для технологии подключения устройств компенсации реактивной мощности: устройства компенсации реактивной мощности, подключенные последовательно или параллельно к оконечному порту вторичной стороны (конец неизменного напряжения) главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения характеризуется тем, что (его расположение показано на фиг. 12): когда настоящее изобретение требуется применять в системе стабилизации напряжения, системе регулирования напряжения, системе высоковольтной электричкой сети, и когда должны быть подключены устройства компенсации реактивной мощности для обеспечения компенсации реактивной мощности, устройства компенсации реактивной мощности могут быть подключены последовательно или параллельно к оконечному порту вторичного выходящего провода главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения.
Устройства компенсации реактивной мощности, подключенные последовательно или параллельно к основной обмотке на третичной стороне (третичная сторона может быть разомкнута) основного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения, характеризуются тем, что (его расположение показано на фиг. 12): когда настоящее изобретение требуется применить в системе стабилизации напряжения, системе регулирования напряжения, системе высоковольтной электрической сети, и когда устройство компенсации реактивной мощности должно быть подключено последовательно или параллельно, чтобы обеспечить компенсацию реактивной мощности, устройство компенсации реактивной мощности может быть подключено последовательно или параллельно к основной обмотке на третичной стороне (третичная сторона может быть разомкнута) основного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения.
Устройство компенсации реактивной мощности характеризуется тем, что оно может быть выполнено в виде однофазной или трехфазной структуры конденсаторами (или уравнительными реакторами) и использовать механическое или тиристорное управление для функции переключения. Оно также может представлять собой статическое устройство компенсации реактивной мощности (SVC), и другие способы компенсации реактивной мощности подробно не описываются.
Полезные эффекты
Новый регулятор переменного напряжения имеет полезные эффекты, заключающиеся в том, что: новый регулятор переменного напряжения является основой электронных переключателей регулирования переменного напряжения, и он является одним из самых простых электронных переключателей регулирования переменного напряжения. По сравнению с формой выходного сигнала общепринятых регуляторов переменного напряжения форма выходного сигнала регулятора переменного напряжения согласно настоящему изобретению относительно близка к синусоиде, обеспечивая самое низкое влияние на устройство. Таким образом, в системах с активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузкой переменного тока применение может обеспечить быстродействующее сглаженное плавное регулирование напряжения, и диапазон непрерывного регулирования напряжения составляет 0-100%, что имеет преимущества легкого обеспечения автоматизации технических установок, высокий коэффициент мощности, низкие потери мощности, малые гармоники, отсутствие области прерывания и непрерывный ток. Новый регулятор переменного напряжения может быть применен при высоких классах напряжения и большой емкости и может обеспечить плавное регулирование напряжения и ступенчатое регулирование напряжения, но он должен быть применен к последовательной схеме более чем с одним регулировочным трансформатором напряжения (или источником электроэнергии с регулированием напряжения), подключенным более чем к одному трансформатору (электрической сети или источнику электроэнергии). Применение нового регулятора переменного напряжения преодолевает ограничения по классам напряжения и мощности общепринятого регулятора переменного напряжения и расширяет его применение в высоковольтных и сверхвысоковольтных системах.
Электронный переключатель регулирования переменного напряжения имеет свои преимущества, заключающиеся в том, что: он решает проблемы, состоящие в том, что общепринятые контакторы легко создают дугу, не способны осуществлять плавное регулирование напряжения, не способны на высокое быстродействие, имеют высокую стоимость технического обслуживания, громоздкий объем, сложную конструкцию, высокий коэффициент аварийности, и чрезмерно высокие затраты при регулировании напряжения с расщепленными фазами. Электронный переключатель регулирования переменного напряжения (предпочтительно, чтобы устранить разряда конденсатора, когда ток регулятора схеме напряжения пересекает нулевую точку) имеет функции регулирования напряжения с реверсивным переключением, линейного регулирования, грубого-точного регулирования и может обеспечить плавное регулирование напряжения и ступенчатое регулирование напряжения или произвольное переключение между ступенчатым регулированием напряжения и плавным регулированием напряжения с высоким быстродействием. Он может быть применен к низковольтным система больших токов и обеспечивать высокое быстродействие, и может быть осуществлен с интеллектуальным управлением, с отсутствием электрической дуги, с устойчивостью к коррозии и с более низкой стоимостью. Что касается применения в трансформаторах сухого типа, он имеет большое значение, чтобы быть осуществленным в качестве переключателя без электрической дуги и шума, которым можно управлять с высоким быстродействием, и который имеет устойчивость к коррозии. Электронный переключатель регулирования переменного напряжения может быть применен для трансформаторов малого и среднего размера, а также гигантского трансформатора и сверхвысоковольтного трансформатора.
Полезные эффекты последовательного регулировочного трансформатора напряжения: суммарная мощность всего последовательного регулировочного трансформатора напряжения может управляться только управляющей мощностью последовательного трансформатора посредством электронного переключателя регулирования переменного напряжения, и выходное напряжение суммарной мощности всего последовательного регулировочного трансформатора напряжения может быть изменено посредством изменения напряжения последовательного трансформатора. Даже если диапазон регулирования напряжения составляет 100%, суммарная мощность последовательного трансформатора составляет лишь половину от суммарной мощности трансформатора, и, в принципе, напряжение и ток обмотки регулирования напряжения могут быть объединены произвольно. То есть, напряжение и ток регулировочного трансформатора переменного напряжения свободны для выбора, что удобно для выбора безопасного и дешевого регулятора переменного напряжения. Во-вторых, поскольку последовательный регулировочный трансформатор напряжения состоит из главного трансформатора и последовательного трансформатора, в высоковольтных и, особенно, сверхвысоковольтных системах, мощность трансформатора может быть разделена на две части, одна часть для сверхвысоковольтного трансформатора, а другая часть для трансформатора с более низким напряжением. По мере того как класс напряжения части трансформатора с более низким напряжением значительно снижается, экономятся производственные затраты. В-третьих, часть последовательного трансформатора принимает переменное регулирование напряжения магнитного потока и может изменять мощность трансформатора.
Полезные эффекты технологии переходного импеданса: вторичное напряжение последовательного регулировочного трансформатора напряжения управляется с использованием электронного переключателя регулирования переменного напряжения или посредством противоположного расположения полярностей двух синфазных вторичных обмоток, обмотки преобразуются в катушки индуктивности с двумя обмотками, которые соединены последовательно и имеют противоположные полярности. Обмотка вторичной стороны трансформатора мгновенно преобразуется в обмотку реактора, и посредством регулирования напряжения вторичной обмотки последовательного трансформатора падение напряжения на реактивном сопротивлении трансформатора с переходным импедансом регулируется с высоким быстродействием до заданного уровня. В принципе, падение напряжения на реактивном сопротивлении системы может быть близким к 100%. Посредством управления реактивной составляющей напряжения трансформатора реактивное сопротивление системы будет стремиться к заданному уровню в аварийной ситуации, или вторичное напряжение становится близким к 0, но не равным 0 (при регулировании напряжения до следующего уровня, выше, чем 0, ступенчатое регулирование, плавное регулирование напряжения могут быть использованы для приведения вторичного напряжения близко к 0, но не равно 0), делает ток короткого замыкания поддающимся управлению, но, не прерывая ток, поддерживая тем самым устойчивость вторичной системы при любых аварийных ситуациях
Полезные эффекты трансформатора с переходным импедансом: технология переходного импеданса и технология быстродействующего регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением могут быть применены для передачи электроэнергии по высоковольтным или сверхвысоковольтным электрическим сетям и управления реактивной мощностью электрической сети, а также регулирования высоковольтного напряжения, обеспечения безопасности, энергосбережения и обеспечения безопасности плавильных систем постоянного/переменного тока, энергосбережения и обеспечения безопасности электролизных систем постоянного тока, обеспечения безопасности локомотивов электрической тяги и компенсации реактивной мощности вторичной или третичной стороны, и может управлять системой с интеллектуальным управлением с помощью трансформатора, обеспечить управление стабильностью напряжения, управлять с высоким быстродействием дисбалансом нагрузки каждой фазы, обеспечить быстродействующие сглаженное плавное регулирование напряжения, а также быстродействующее ступенчатое и быстродействующее плавное регулирование напряжения, может освободить трансформатор от технического обслуживания, регулировать мощность трансформатора, и может быть применен при обстоятельствах, требующих противопожарной защиты. Самое большое преимущество трансформатора с переходным импедансом заключается в замене разъединения первичной стороны в известном уровне техники разъединение третичной стороны в высоковольтной или сверхвысоковольтной электрической сети.
Полезные эффекты силового трансформатора с переходным импедансом в высоковольтной или сверхвысоковольтной электрической сети: применение технологии переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением в электрической сети обеспечивает значительную гарантию безопасности электрической сети, поддерживает электрическую питающую сеть стабильной в любых аварийных ситуациях, и в то же время реактивная мощность системы значительно снижается за счет работы в электрической сети трансформатора с низким импедансом, а пропускная способность и дальность передачи электрической сети переменного тока увеличивается. Экономическая эффективность, а также затраты энергии при передаче электроэнергии улучшаются. Экономится пространство для коридоров передачи и площадь помещений для трансформаторной подстанции. Может быть предотвращена проблема цепной реакции в случае аварии в высоковольтной электрической сети. Упрощается конфигурация сети и упрощается конструкция электрической сети, и можно заменить разъединение первичной стороны частью переключения третичной стороны. Могут быть решены проблемы устойчивости и надежности высоковольтных и сверхмощных систем передачи электроэнергии. Экономится стоимость трансформатора при замене Cu на Al. Посредством быстродействующего регулирования трансформатора электрическая сеть может управляться безопасно, эффективно, синхронно и интеллектуально. Технология переходного импеданса может быть применена к двум вторичными обмотками соответственно, таким образом, электрическая сеть (электрическая силовая нагрузка) будет менее подвержена влиянию, когда другая электрическая сеть (другая электрическая силовая нагрузка) выходит из строя. Компенсация реактивной мощности может быть применена к третичной стороне, чтобы значительно сократить затраты. Посредством обеспечения с высоким быстродействием "перелома тока", удовлетворяются требования к точности, быстродействию и многократному регулированию тока питающей электрической сетью.
Полезные эффекты применения преобразовательного трансформатора с переходным импедансом высокого напряжения в высоковольтной системе передачи электроэнергии постоянного тока: снижение затрат линии электропередачи, снижение потерь мощности в год, экономия электроэнергии и сокращение потребления. По мере применения в электрической сети технологий переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением, решаются проблемы устойчивости системы и быстродействующего регулирования, и можно обеспечить асинхронное объединение электрической сети. Ток короткого замыкания ограничивается преобразовательным трансформатором. Посредством быстродействующего регулирования трансформатора электрическая сеть может управляться эффективно, интеллектуально, надежно, с высоким быстродействием. Отсутствует зарядный ток конденсатора. Экономится пространство коридоров. Преобразовательное устройство имеет более низкую цену и создает более слабое гармоническое воздействие, а мощность фильтра снижается. Посредством обеспечения преобразовательного трансформатора функцией управления фазой и функцией высокоскоростного регулирования преобразовательного устройства, преобразовательное устройство может быть выполнено в виде полууправляемого преобразовательного устройства или тиристор непосредственно заменяют диодом, для уменьшения перегрева конденсатора и генератора и ослабления действия помех нестабильного управления преобразователя на системы связи. Преобразовательное устройство затрачивает меньше реактивной мощности и может проводить компенсацию реактивной мощности на месте на вторичной стороне или третичной стороне преобразовательного трансформатора (решение компенсации описывается ниже). Часть функций высоковольтного автоматического выключателя постоянного тока обеспечивается преобразовательным трансформатором. Подавляются субсинхронные колебания питающей электрической сети и т.п. Управление на мосту в защите передачи электроэнергии постоянного тока заменяют управлением на трансформаторе. Регулирование напряжения с расщепленной фазой и регулирование напряжения с шунтированием могут быть применены, например, в многозажимной системе электропитания, различные системы могут регулироваться по напряжению с высоким быстродействием и по мощности с высоким быстродействием соответственно. Когда используется способ секционирования последовательного трансформатора для управления определенным зажимом питания в случае внезапного короткого замыкания или других аварийных ситуаций, влияние на другие зажимы питания очень слабое. Компенсация реактивной мощности может быть применена к третичной стороне, чтобы значительно сократить затраты. Применение технологии переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения в электрической сети в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает значительную гарантию безопасности питающей электрической сети, поддерживает стабильность питающей электрической сети в любых аварийных ситуациях.
Полезные эффекты применения преобразовательного трансформатора с переходным импедансом в системе выпрямления: в качестве технологии переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения, к системе применяется технология быстродействующего плавного регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением, существующая схема управления по среднему току может быть заменена схемой управления по неизменному току, и точное регулирование реакторов может быть заменено. Что касается каждой фазы трансформатора, напряжения разных устройств могут точного регулироваться, и таким образом, токи между различными параллельными выпрямительными блоками, а также три фазы, являются симметричными. Решены проблемы быстродействующего регулирования напряжения в нагруженных переключателях и нагруженных переключателей, неспособных на регулирование напряжения при высокой частоте, то есть, даже если диапазон регулирования напряжения велик, высокое быстродействие переключателей может синхронизироваться со временем, когда изменяется ток электролиза.
Выпрямительное устройство является дешевым, создает слабое гармоническое влияние. Посредством наделения трансформатора для питания выпрямителя функцией фазового управления и функцией быстродействующего регулирования напряжения преобразователя, выпрямительное устройство может быть осуществлено как полууправляемое преобразовательное устройство, или тиристор непосредственно заменяется диодом. Выпрямительное устройство имеет высокое быстродействие регулирования напряжения и может обеспечить регулирование напряжения расщепленной фазы. При трехфазном коротком замыкании выпрямительное устройство может работать очень быстро и выполнить увеличение импеданса трансформатора, тем самым обеспечивая устойчивость системы. Выпрямительное устройство может обеспечить экономию электроэнергии и сокращение ее потребления. Трансформатор для питания выпрямителя может с высоким быстродействием эффективно управлять системой с интеллектуальным управлением. Применение в электрической сети технологии переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает значительную гарантию безопасности системы, сохраняет устойчивость системы в любых аварийных ситуациях.
Полезные эффекты применения печного трансформатора с переходным импедансом в электропечной системе плавки постоянного/переменного тока: в качестве технологии переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения в системе применяется технология быстродействующего плавного регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением, регулирование напряжения и регулирование тока в печи системы электродуговой печи и печи с погруженной дугой может быть обеспечено без регулирования электродов. В ситуации трехфазного короткого замыкания выпрямительное устройство может работать очень быстро и выполнить увеличение импеданса системы, обеспечивая тем самым устойчивость системы. Выпрямительное устройство имеет короткое время срабатывания. Выпрямительное устройство экономит энергию и снижает ее потребление. С помощью регулирования напряжения расщепленной фазы может быть решена асимметрия в трехфазном источнике энергии. Выпрямительное устройство может регулировать мощность, создавать слабое гармоническое влияние, и компенсировать фильтр на вторичной стороне или третичной стороне в порядке компенсации реактивной мощности, уменьшая тем самым сверхгармоники. Печной трансформатор может безопасно и эффективно с высоким быстродействием управлять системой с интеллектуальным управлением. Система трехфазного напряжения (напряжение электрода) может быть симметричным, тем самым снижая третью гармонику, стабилизируя мощность плавления, устраняя реактивный ток, протекающий между электродами, и уменьшая энергопотребление печи. Применение в электрической сети технологии переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает значительную гарантию безопасности системы, сохраняет устойчивость системы в любых аварийных ситуациях.
Полезные эффекты применения настоящего изобретения в системах тяги постоянного тока, тяги переменного тока или тяги переменного/постоянного тока: поскольку в системе применяется технология переходного импеданса и технология быстродействующего регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением, как для каждой фазы трансформатора, напряжения различных блоков могут точно регулироваться, и, таким образом, токи между различными параллельными выпрямительными блоками, а также три фазы являются симметричными, и в особенности при регулировании напряжения расщепленной фазы, только меняется конструкция последовательного трансформатора, не главного трансформатора. Поскольку диапазон регулирования напряжения тягового трансформатора мал, мощность последовательного трансформатора не велика, а класс напряжения составляет 27,5 кВ, это мало влияет на затраты. Быстродействующее срабатывание электронного переключателя регулирования переменного напряжения может синхронизироваться со временем при изменении тока нагрузки. Выпрямительное устройство является дешевым, создает слабое гармоническое влияние. Посредством наделения трансформатора для питания выпрямителя функцией фазового управления и функцией быстродействующего регулирования преобразователя, выпрямительное устройство может быть осуществлено как полууправляемое преобразовательное устройство, или тиристор непосредственно заменяется диодом. В определенном диапазоне выпрямительное устройство может регулировать мощность, увеличить мощность и стабилизировать напряжение с высоким быстродействием. При трехфазном коротком замыкании выпрямительное устройство может работать очень быстро и выполнить увеличение импеданса трансформатора, тем самым обеспечивая устойчивость системы. Выпрямительное устройство может обеспечить экономию электроэнергии и сокращение ее потребления. Трансформатор для питания выпрямителя может эффективно с высоким быстродействием управлять системой с управлением тяги.
Полезные эффекты применения настоящего изобретения в системе, требующей плавного регулирования напряжения: в качестве технологии переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения в системе применяется технология быстродействующего плавного регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением, диапазон регулирования напряжения регулятора напряжения может быть от 0 до 100%, класс мощности и напряжения, может быть таким же, как у существующего трансформатора. Плавное регулирование напряжения является важным техническим усовершенствованием в мощности, классах напряжения, коэффициенте отклонения формы сигнала и других особенностях, и имеет большое влияние на промышленность, которая имеет большие требования к устройствам плавного регулирования напряжения, например, вакуумной печи, научного эксперимента и тому подобное.
Полезные эффекты применения настоящего изобретения в системе источника электроэнергии: в отношении высоких, точных и усовершенствованных нагрузок, может быть возможным безопасное, быстродействующее, синхронизированное и интеллектуальное управление.
Полезные эффекты применения настоящего изобретения в системе компенсации реактивной мощности: в схеме, где низковольтная или третичная сторона непосредственно параллельно соединена с устройством компенсации реактивной мощности, эффект экономии электроэнергии и сокращения потребления является наилучшим во всех схемах. Срочно требуется технология подключения устройства компенсации реактивной мощности параллельно к низковольтному устройству в системе с изменяющимся вторичным напряжением. При компенсации на третичной стороне в высоковольтной или сверхвысоковольтной системе высоковольтное устройство компенсации реактивной мощности может быть заменено низковольтным устройством компенсации реактивной мощности, поэтому затраты на устройство компенсации реактивной мощности значительно уменьшаются, а его надежность значительно улучшается.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 приведена схема, показывающая принцип нового регулятора переменного напряжения. На фиг. 2 приведена схема, показывающая принцип линейного регулирования электронного переключателя регулирования переменного напряжения. На фиг. 3 приведена схема, показывающая принцип рекурсивного переключения электронного переключателя регулирования переменного напряжения. На фиг. 4 приведена схема, показывающая принцип грубого-точного регулирования электронного переключателя регулирования переменного напряжения. На фиг. 5 приведена схема, показывающая принцип промежуточного регулирования электронного переключателя регулирования переменного напряжения. На фиг. 6 приведена схема, показывающая принцип промежуточного регулирования электронного переключателя регулирования переменного напряжения. На фиг. 7 приведена схема, показывающая принцип регулирования оконечной части электронного переключателя регулирования переменного напряжения. На фиг. 8 приведена схема, показывающая принцип регулирования с нейтральной точкой электронного переключателя регулирования переменного напряжения. На фиг. 9 приведена схема, показывающая принцип контрольно-измерительного устройства. На фиг. 10 приведена схема, показывающая принцип расширяющейся конструкции обмоток. На фиг. 11 приведена схема, показывающая принцип однофазного последовательного регулировочного трансформатора напряжения (один из которых показан, остальные опущены). На фиг. 12 приведена структурная схема, показывающая принцип разъединения третичной стороны (принципиальная схема расположения двух способов компенсации, только один из которых нуждается в компенсации). На фиг. 13 приведена схема, показывающая принцип быстродействующего специального регулировочного автотрансформатора напряжения. На фиг. 14 приведена схема, показывающая принцип тип способа подключения к электрической сети повышающего автотрансформатора с переходным импедансом. На фиг. 15 приведена схема, показывающая принцип последовательного регулировочного трансформатора напряжения с фазовым управлением, осуществляемым регулятором переменного напряжения. На фиг. 16 приведена схема, показывающая принцип печного трансформатора с переходным импедансом. На фиг. 17 приведена векторная диаграмма, показывающая ток до компенсации. На фиг. 18 приведена векторная диаграмма, показывающая ток после компенсации.
Где: 1 - источник электроэнергии с неизменным напряжением (или синусоидальный источник электроэнергии); 2 - стабилизатор переменного напряжения; 3 - первичная обмотка нового регулятора переменного напряжения; 4 - вторичная обмотка нового регулятора переменного напряжения; 5 - основная обмотка; 6 - обмотка регулирования напряжения; 7 - электронный переключатель регулирования переменного напряжения; 8 - электронный переключатель регулирования переменного напряжения с реверсивным переключением; 9 - электронный переключатель регулирования переменного напряжения грубого регулирования; 10 - электронный переключатель регулирования переменного напряжения точного регулирования; 11 - конструкция вторичной обмотки главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения расширяющейся обмотки; 12 - конструкция вторичной обмотки последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения расширяющейся обмотки; 13 - обмотка регулирования напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения; 14 - первичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения; 15 - вторичная обмотка главного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения; 16 - не показанные части обмоток; 17 - первичная обмотка последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения; 18 - вторичная обмотка последовательного трансформатора последовательного регулировочного трансформатора напряжения; 19 - электрическая сеть; 20 - нагрузка; 21 - электрическая сеть; 22 - схема, показывающая места для компенсации реактивной мощности; 23 - основная обмотка для разъединения стороны; 24 - короткозамыкатель; 25 - автоматический выключатель нагрузки третичной стороны.
Приведенные выше фигуры приведены для одной фазы, и три фазы являются в известном отношении аналогичными. В принципе, другие способы подключения и места подключения регулятора переменного напряжения, которые не показаны полностью, могу т сочетаться произвольно со способом подключения трансформатора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Пример 1:
В настоящем решении электронный переключатель регулирования переменного напряжения не используется, но используется новый регулятор переменного напряжения, который ставит целью показать возможность регулирования напряжения регулятор переменного напряжения в неблагоприятных ситуациях. Предусматривается печь, активно-индуктивная нагрузка, когда определяется расстояние от электрода до поверхности шихты, максимальные и минимальные выходные напряжения последовательного регулировочного трансформатора напряжения должны быть от 1 до 0,7 соответственно.
1
2
Предусматривается печной трансформатор, три фазы, и также предусматривается последовательный регулировочный трансформатор напряжения с диапазоном регулирования напряжения 30% и положительным регулированием напряжения, главный трансформатор и последовательный трансформатор имеют группу соединения Yd11. Выходное неизменное напряжение при более низком напряжении главного трансформатора составляет U=0,7, и самое высокое выходное напряжение при более низком напряжении последовательного трансформатора составляет U=0,3. Высокое напряжение и ток последовательного трансформатора можно сочетать произвольным образом, до тех пор, пока его мощность равна мощности последовательного трансформатора.
Предусматривается регулятор переменного напряжения, регулятор переменного напряжения трехфазный соединен в Y, напряжение полупроводника определяется как напряжение фазы системы третичной стороны, умноженное на коэффициент корреляции, определенный в его описании, эффективное значение тока составляет 2 или 3 тока третичной стороны последовательного регулировочного трансформатора напряжения (определяется суммарными импедансами), угол управления тиристоров определяется как α, угол проводимости тиристоров определяется как θ, и угол импеданса системы определяется как δ, и активируется широким импульсом или последовательностью импульсов. Принцип однофазной электрической схемы показан на фиг. 15 (в данном примере отсутствует переключатель реверсивного переключения), а трехфазная принципиальная электрическая схема объединяется как Y и d11, ее принцип не показан в настоящей заявке.
1
2
2
1
Когда система нуждается в максимальном напряжении, угол управления тиристора α≤δ, выходное напряжение стороны низкого напряжения трансформатора составляет U=U+U=0,7+0,3=1. Когда система нуждается в наименьшем напряжении, угол управления тиристора α=180°, то есть, U=0, и выходное напряжение стороны низкого напряжения трансформатора составляет U=U=0,7. Когда система нуждается в других напряжения, угол управления тиристора α=0, δ≤θ≤180°, а выходное напряжение стороны низкого напряжения трансформатора составляет U=0,7~1.
Пример 2:
21
22
L
L
21
Предусматриваются печной трансформатор с диапазоном регулирования напряжения 40%, регулирование напряжения с реверсивным переключением, группа соединения Yd11 и последовательный регулировочный трансформатор напряжения. Вторичная обмотка главного трансформатора подключается параллельно к группе конденсаторов для регулирования коэффициента мощности. Перед компенсацией, cos ϕ=0,8, необходимо, чтобы после компенсации cos ϕ=0,95. Принцип электромонтажа показан формой объединения низковольтной обмотки и устройства компенсации реактивной мощности, как показано на фиг. 16. U и U - вторичные напряжения главного трансформатора и последовательного трансформатора соответственно, и реактивное сопротивление утечки трансформатора опущено. На фиг. 17 приведена векторная диаграмма, показывающая ток до компенсации. До компенсации коэффициент мощности определяется как cos ϕ=0,8, sin ϕ=0,6, и в то же время рабочий ток печи I=1. Активная составляющая рабочего тока IR=0,8. Реактивная составляющая рабочего тока IQ=0,6. Оба тока, протекающие через вторичную обмотку главного трансформатора и последовательного трансформатора, представляют собой рабочий ток печи I. На фиг. 18 приведена векторная диаграмм, показывающая ток после компенсации. По мере того как компенсационный (емкостной) ток только протекает через вторичную обмотку главного трансформатора, то предполагается, что векторный угол между величиной тока вторичной обмотки главного трансформатора после компенсации и ее напряжением U изменится.
Предполагается, что рабочий ток печи после компенсации составляет по-прежнему IL=1, а коэффициент мощности вторичной обмотки главного трансформатора после компенсации составляет 0,95.
21
C
21
21
21
C
Ток во вторичной обмотке главного трансформатора изменяется до I=0,842. Ток, протекающий через компенсационный конденсатор, составляет I=0,3374. Вторичная мощность главного трансформатора после компенсации составляет SN=0,842 (предполагается, что вторичное напряжение главного трансформатора составляет U=1). Уменьшенное значение вторичной мощности главного трансформатора после компенсации составляет ΔSN=0,158. Емкость необходимого компенсационного конденсатора должна быть S=0,3374.
1
Необходимая электромагнитная мощность вторичной обмотки главного трансформатора после компенсации составляет приблизительно 84,2% от той, что была до компенсации, и, таким образом, мощность первичной обмотки главного трансформатора, соответственно, уменьшается. Поскольку диапазон регулирования напряжения составляет 40%, и может иметь вид реверсивного переключения, мощность трансформатора до компенсации составляет SN.
1
11
1
12
1
1
11
12
1
1
2
21
22
SN⎯мощность трансформатора до компенсации. SN⎯мощность главного трансформатора до компенсации составляет 0,8SN. SN⎯мощность последовательного трансформатора до компенсации составляет 0,2SN. SN=SN+SN=0,8SN+0,2SN. Мощность трансформатора после компенсации составляет SN⎯мощность трансформатора после компенсации. SN⎯мощность главного трансформатора после компенсации. SN⎯мощность последовательного трансформатора после компенсации.
2
21
22
1
1
1
SN=SN+SN=0.8SN×0,842+0,2SN=0,8736SN
Можно видеть, что, мощность всего устройства после компенсации улучшается примерно на 12,5%, то есть активная мощность улучшается.
Пример 3. Предусматриваются печной трансформатор с диапазоном регулирования напряжения 40%, регулирование напряжения с реверсивным переключением, группа соединения Yd11 и последовательный регулировочный трансформатор напряжения. Низкое напряжение главного трансформатора составляет 0,8, низкое напряжение последовательного трансформатора составляет 0~0,2, объединенное напряжение главного и последовательного трансформаторов 0,8±(0~0,2) с 21 уровнем регулирования напряжения, каждый из которых составляет 0,02, мощность главного трансформатора составляет 0,4~1, и допустимое отклонение каждого уровня главного трансформатора составляет 0,03. Предполагается, что коэффициент трансформации равен 1, а значения сопротивлений двух обмоток низкого напряжения главного и последовательного трансформаторов одинаковы. Предполагается, что рабочий ток печи после компенсации по-прежнему составляет IL=1, и ток вторичной обмотки главного трансформатора составляет I21=0,842, а потери холостого хода составляет приблизительно 15% от нагрузочных потерь.
Как показано в примере 2: потери трансформатора Pk составляют
L
L
L
2
2
2
Pk=(0,842I)×0,8×R+(I)×0,2×R=0,767(I)×R
То есть, экономия энергии и снижение ее потребления нагрузки трансформатора составляет приблизительно 23%.
Поскольку потери холостого хода составляет приблизительно 15% от нагрузочных потерь. Общий коэффициент потерь трансформатора до и после регулирования коэффициента мощности составляет:
L
L
L
L
2
2
2
2
(0,767I)R+0,15(I)R)/1,15(I)R=0,797(I)R. То есть, общая экономия энергии и энергопотребление трансформатора составляет приблизительно 20%.
Промышленная полезность
Применение технологии переходного импеданса и технологии быстродействующего регулирования напряжения, технологии быстродействующего плавного регулирования напряжения в соответствии с настоящим изобретением в высоковольтной или сверхвысоковольтной системе передачи электроэнергии переменного/постоянного тока, печной системы плавки переменного/постоянного тока, электрохимической электролизной промышленной системы, электроэнергетической системы локомотивной тяги, системы компенсации реактивной мощности и плавное регулирование напряжения высокой мощности является целесообразным для обеспечения безопасности и высокой эффективности синхронного интеллектуального управления соответствующей системы.
Когда настоящее изобретение применяется в системах активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузки, требующих устойчивого управления, или требующих регулирования мощности трансформатора, или требующих быстродействующего управления характеристиками каждой фазы несимметричной нагрузки и другими характеристиками, для быстродействующего управления ее характеристикой может быть использован трансформатор с переходным импедансом.
Настоящее изобретение может быть использовано для повышения стабильности и надежности высоковольтной или сверхвысоковольтной питающей электрической сети, снижения мощности короткого замыкания системы, снижения инвестиций в оборудование, снижения колебания напряжения и мерцания, высоковольтный автоматический выключатель может быть заменен функцией разъединения третичной стороны, и трансформатор имеет очевидные эффекты быстродействующего регулирования импеданса системы и, по сути, повышает коэффициент мощности системы.
Плавное регулирование напряжения является важным техническим усовершенствованием в мощности, классах напряжения, коэффициенте отклонения формы сигнала и других особенностях, и имеет большое влияние на промышленность, которая имеет большие требования к устройствам плавного регулирования напряжения, например, вакуумной печи, научного эксперимента и тому подобное.
Плавное регулирование напряжения может быть применено в области промышленного и сельскохозяйственного производства, научного эксперимента, связи и транспорта, телекоммуникационной передачи, национальной обороны, здравоохранения, передачи электроэнергии. Так сказать, трансформатор с переходным импедансом играет некоторую роль в различных отраслях промышленности народного хозяйства.