ФАЗОПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам для гибких (управляемых) линий электропередач, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях с напряжением 110…1150 кВ для регулирования потоков активной и реактивной мощности в сложных замкнутых электрических сетях, повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы путем демпфирования колебаний, возникающих во время переходных электромеханических процессов.
Известно фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого включены в рассечку фаз А, В, С высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, трехфазный фазосдвигающий трансформатор (ФСТ) с первичными обмотками, подключенными высоковольтными выводами к фазам линии электропередачи, и низковольтными выводами, соединенными по схеме звезда и заземленными, при этом вторичные обмотки ФСТ выполнены с отпайками, к которым подключены входы трехфазного высоковольтного коммутатора, каждая фаза которого выполнена в виде механического контакторного переключателя, называемого регулятором высокого напряжения под нагрузкой (РПН), высоковольтные выводы которого подключены к узлам соединения первичных обмоток трехфазного сериесного трансформатора, а низковольтные выводы заземлены (E.M.Carlini, G.Manduzio, D.Bonmann. Power Flow Control on the Italian network by means of phase-shifting transformer. A2-206. Cigre 2006).
К недостаткам рассматриваемого устройства относится то, что реализованный в нем способ поперечного регулирования фазового сдвига ограничивает диапазон углов поворота фазы напряжения до ±20 град. эл. При значениях угла поворота фазы, превышающих ±20 град. эл., модуль выходного напряжения фазоповоротного устройства (ФПУ) начинает существенно превышать допустимые в линии электропередачи значения. Поэтому рассмотренное ФПУ непригодно в случаях глубокого регулирования угла поворота фаз.
Известно полупроводниковое фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и вставлены в рассечку фаз А, В, С высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, узлы соединения обмоток которого подключены к высоковольтным выводам трехфазного высоковольтного коммутатора, при этом низковольтные выводы всех фаз коммутатора соединены по схеме звезды, а входные выводы каждой фазы коммутатора подключены ко вторичной обмотке соответствующей фазы трехфазного шунтового трансформатора, первичные обмотки которого высоковольтными выводами подключены к выводам средних точек вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединены по схеме звезды и заземлены, вторичная обмотка каждой фазы шунтового трансформатора выполнена в виде N гальванически развязанных секций, а каждая фаза трехфазного высоковольтного коммутатора выполнена в виде цепочки, состоящей из N последовательно соединенных статических переключателей, выполненных в виде однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными высоковольтными ключами в каждом плече, причем входы полупроводниковых мостовых преобразователей каждой фазы высоковольтного коммутатора подключены к выводам одноименных секций вторичной обмотки соответствующей фазы шунтового трансформатора, а высоковольтные выводы цепочек статических переключателей каждой фазы трехфазного коммутатора подключены к узлам соединения двух других фаз схемы треугольника, выполненной из первичных обмоток сериесного трансформатора, причем все N секций вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора имеют разные коэффициенты трансформации, а одноименные секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации. При идеальных параметрах шунтового и сериесного трансформаторов (т.е. отсутствии активных сопротивлений обмоток и их индуктивностей рассеяния) данное фазоповоротное устройство позволяет регулировать фазовый сдвиг между напряжениями на его входе и выходе, оставляя модули этих напряжений неизменными. (Стельмаков В.Н., Жмуров В.П., Тарасов А.Н., Гринштейн Б.И., Тузлукова Е.В. Фазоповоротные устройства с тиристорным управлением // Энергетик, 2010, №8, с.20-23).
Наличие конечных значений активных сопротивлений обмоток трансформаторов и их индуктивностей рассеяния приводит к изменению модуля напряжения на выходе фазоповоротного устройства при регулировании угла сдвига фаз и изменении тока линии. Это является недостатком схемы, так как в процессе регулирования сдвига фаз и изменения тока нагрузки выходное напряжение фазоповоротного устройства может выйти за пределы допустимых значений.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, состоит в уменьшении влияния паразитных параметров сериесного и шунтового трансформаторов (активных сопротивлений обмоток и индуктивностей рассеяния) в полном диапазоне изменения токов линии электропередачи и углов регулирования фазоповоротного устройства при сохранении модуля выходного напряжения фазоповоротного устройства в заданном диапазоне.
Технический результат достигается тем, что фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены с внутренним выводом и вставлены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, узлы соединения обмоток которого подключены к высоковольтным выводам трехфазного высоковольтного коммутатора, при этом низковольтные выводы всех фаз коммутатора соединены по схеме звезды, а входные выводы каждой фазы коммутатора подключены ко вторичной обмотке соответствующей фазы трехфазного шунтового трансформатора, первичные обмотки которого высоковольтными выводами подключены к внутренним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединены по схеме звезды и заземлены, а вторичная обмотка каждой фазы шунтового трансформатора выполнена в виде N гальванически развязанных секций, а каждая фаза трехфазного высоковольтного коммутатора выполнена в виде цепочки, состоящей из N последовательно соединенных однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными высоковольтными ключами в каждом плече, причем входы полупроводниковых мостовых преобразователей каждой фазы высоковольтного коммутатора подключены к выводам одноименных секций вторичной обмотки соответствующей фазы шунтового трансформатора, а высоковольтные выводы цепочек однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей каждой фазы трехфазного коммутатора подключены к узлам соединения двух других фаз схемы треугольника, выполненной из первичных обмоток сериесного трансформатора, причем все N секций вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора имеют разные коэффициенты трансформации и, соответственно, имеют разное число витков, полупроводниковые мостовые преобразователи выполнены на напряжение соответствующей секции, к которой они подключены, а одноименные секции вторичной обмотки каждой фазы шунтового трансформатора выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации, а внутренний вывод вторичных обмоток сериесного трансформатора выполнен смещенным относительно ее средней точки в зависимости от проектируемой нагрузки
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная схема фазоповоротного устройства, включающая трехфазный сериесный трансформатор, трехфазный шунтовой трансформатор и трехфазный высоковольтный коммутатор;
на фиг.2 приведена функциональная схема цепочки одной фазы трехфазного высоковольтного коммутатора, состоящей из N последовательно соединенных однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными высоковольтными ключами в каждом плече;
на фиг.3 приведена векторная диаграмма, поясняющая принцип формирования опережающего (а) и отстающего (б) продольно-поперечного напряжения;
на фиг.4 представлена схема одного из вариантов реализации предлагаемого технического решения, где в качестве двунаправленных высоковольтных ключей в каждом плече используются однооперационные тиристоры;
на фиг.5 показано выполнение в каждом плече однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей двунаправленных высоковольтных ключей в виде последовательно-соединенных пар встречно-параллельно включенных однооперационных тиристоров.
На фиг.6 приведена регулировочная характеристика фазоповоротного устройства при одинаковых числах витков вторичных полуобмоток сериесного трансформатора, вычисленная с учетом активных сопротивлений трансформаторов и их индуктивностей рассеяния при различном характере тока линии.
На фиг.7 приведены регулировочные характеристики ФПУ при разных соотношениях витков вторичных полуобмоток обмотки сериесного трансформатора для активно-индуктивной нагрузки.
На фиг.8 приведены регулировочные характеристики ФПУ при разных соотношениях витков вторичных полуобмоток сериесного трансформатора для активно-емкостной нагрузки.
Предлагаемое фазоповоротное устройство содержит трехфазный сериесный трансформатор 1, первичные обмотки 2, 3, 4 которого соединены по схеме треугольника, а вторичные обмотки 5, 6, 7, имеющие внутренние выводы 8, 9, 10, выполненные не от их средней точки, подключены к клеммам 11 рассечки фазы А, 12 рассечки фазы В, 13 рассечки фазы С трехфазной высоковольтной линии 14 электропередачи со стороны входа ФПУ и к клеммам 15 рассечки фазы А, 16 рассечки фазы В, 17 рассечки фазы С трехфазной высоковольтной линии 18 электропередачи со стороны выхода ФПУ; трехфазный шунтовой трансформатор 19, первичные обмотки 20, 21 и 22 которого высоковольтными выводами 23, 24 и 25 подключены к внутренним выводам 8, 9, 10 вторичных обмоток 5, 6, 7 сериесного трансформатора 1, а низковольтными выводами 26, 27 и 28 соединены по схеме звезды и заземлены, а вторичные обмотки 29, 30 и 31 каждой фазы выполнены в виде N гальванически развязанных секций 32, 33 и 34, выводы 35 и 36, 37 и 38, 39 и 40 которых подключены к входным клеммам 41 и 42, 43 и 44, 45 и 46 трехфазного высоковольтного коммутатора 47, высоковольтные выводы 48, 49 и 50 каждой фазы которого подключены к узлам 51, 52 и 53 соединения двух других фаз схемы треугольника, выполненной из первичных обмоток 2, 3, 4 трехфазного сериесного трансформатора 1, а низковольтные выводы 54, 55 и 56 соединены по схеме звезды и заземлены; каждая фаза трехфазного высоковольтного коммутатора 47 выполнена в виде цепочки 57, 58, 59, состоящей из N последовательно соединенных однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей 60, 61, 62 (фиг.2) с двунаправленными полупроводниковыми высоковольтными ключами 63, 64, 65, 66 в каждом плече, а входы полупроводниковых мостовых преобразователей 60, 62, 63 являются входами 41-42, 43-44, 45-46 трехфазного высоковольтного коммутатора 47 и подключены к выводам 35-36, 37-38, 39-40 одноименных секций 32, 33, 34 вторичной обмотки 29, 30, 31 соответствующей фазы шунтового трансформатора 19, причем все N секций 32, 33, 34 вторичной обмотки 20, 21, 22 каждой фазы шунтового трансформатора 19 имеют разные коэффициенты трансформации и, соответственно, выполнены с разным числом витков, полупроводниковые мостовые преобразователи 60, 61, 62 выполнены на напряжение соответствующей секции 32, 33, 34, к которой они подключены, а одноименные секции 32, 33, 34 вторичной обмотки 29, 30, 31 каждой фазы шунтового трансформатора 19 выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации.
dA
dB
dC
Фазоповоротное устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при нулевом угле регулирования все однофазные полупроводниковые мостовые преобразователи 60, 61, 62 опрокинуты, т.е. в них включены два последовательных ключа 63, 64 или 65, 66; при этом все секции 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 отключены от первичных обмоток 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1, и вольтодобавочные напряжения U, U, U на выходе ФПУ не формируется.
При подаче на систему управления (СУ) трехфазным высоковольтным коммутатором 47 сигнала на работу ФПУ с ненулевым углом регулирования микропроцессор СУ в соответствии с заложенными в нем алгоритмами формирования импульсов управления, подаваемых на соответствующую пару двунаправленных полупроводниковых высоковольтных ключей 63, 66 или 64, 65 в зависимости от знака вектора вольтодобавочного напряжения (фиг.3) тех мостовых преобразователей 60, 61, 62 каждой фазы коммутатора 47, которые должны быть включены для работы ФПУ на заданной ступени регулирования (с заданным углом регулирования) Принцип работы предлагаемого фазоповоротного устройства поясняется векторной диаграммой на фиг.3, где
A
B
C
U, U, U - напряжение фаз А, В, С линии 14 на входе ФПУ,
A1
B1
C1
U, U, U - напряжение фаз A1, B1, C1 линии 18 на выходе ФПУ,
dA
dB
dC
U, U, U - трехфазное вольтодобавочное напряжение на вторичных обмотках 5, 6, 7 сериесного трансформатора 1,
AX
BY
CZ
U, U, U - питающее трехфазное напряжение шунтового трансформатора 19, снимаемое с выводов 8, 9, 10 сериесного трансформатора 1.
экв
Последовательно соединенные m работающих (где m=1, 2…N) полупроводниковых преобразователей 60, 61, 62 каждой фазы в зависимости от величины числа m позволяют получить различные комбинации соединений секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 и, тем самым, регулируют эквивалентный коэффициент трансформации К шунтового трансформатора, который можно определить по формуле
i
J
J
J
J
где К - коэффициент трансформации 1-й секции вторичной обмотки 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19, a M - коэффициент, который определяет режим работы полупроводниковых преобразователей 60, 61, 62 с опережающим вектором напряжения (M=+1, где j=1), с отстающим вектором напряжения (М=-1, где j=2) или с нулевым углом регулирования (М=0, где j=3)..
Для получения фазового сдвига α, задаваемым внешним сигналом управления, микропроцессор системы управления ФПУ согласно формулам:
dA
dB
dC
формирует вольтодобавочные напряжения U U, U путем включения m (где m=1, 2…N) полупроводниковых преобразователей 60, 61, 62 каждой фазы ФПУ, осуществляющих переключение соответствующих m секций 32, 33, 34 каждой вторичной обмотки 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 в общую цепь в одно из трех состояний:
для формирования опережающего вектора напряжения путем включения двунаправленных ключей 64, 65 полупроводниковых преобразователей 60, 61, 62 начала 35, 37, 39 обмоток 32, 33, 34 подключаются соответственно к выводам 48, 49, 50 коммутатора 47, а концы обмоток 36, 38, 40 - соответственно к выводам 54, 55, 56 коммутатора 47;
для формирования отстающего вектора напряжения путем включения двунаправленных ключей 63, 66 начало обмоток 35, 37, 39 подключается соответственно к выводам 54, 55, 56 коммутатора 47, а конец обмоток 36, 38, 40 - соответственно к выводам 48, 49, 50 коммутатора 47;
для формирования нулевого угла регулирования выводы 48, 49, 50 коммутатора 47 подключаются соответственно к его выводам 54, 55, 56 путем опрокидывания всех однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей 60, 61, 62 (включением ключей 63, 64 или 65, 66), в результате чего вторичные обмотки 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 отсекаются от первичных обмоток 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1. Величина фазового сдвига а, полученного из формулы
с
экв
где К - коэффициент трансформации сериесного трансформатора 1, В - отношение числа витков левой части вторичной обмотки сериесного трансформатора к числу витков правой части, определяется числом m задействованных в каждой фазе ФПУ полупроводниковых преобразователей 60, 61, 62, т.е. числом m секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19 и их эквивалентным коэффициентом трансформации К, подключаемых через преобразователи 60, 61, 62 к первичным обмоткам 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1.
dA
dB
dC
AX
BY
CZ
Полученное трехфазное напряжение на вторичной стороне шунтового трансформатора 19 поступает на первичные обмотки 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1, соединенные по схеме треугольника, на вторичных обмотках 5, 6, 7 которого получается необходимые вольтодобавочные напряжения U, U, U. Напряжения U, U, U (фиг.3) подаются в качестве питающего напряжения на вторичные обмотки 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19, образуя тем самым обратную связь, которая обеспечивает равенство модулей входных и выходных напряжений ФПУ.
i
c
c
Рассмотрим работу одного из вариантов реализации предлагаемого технического решения, схема которого представлена на фиг.4, в котором двунаправленные полупроводниковые высоковольтные ключи 63, 64, 65, 66 в каждом плече выполняются в виде нескольких (в зависимости от уровня напряжения соответствующего мостового преобразователя 60, 61, 62) последовательно включенных пар встречно-параллельно соединенных тиристоров. Число мостовых преобразователей 60, 61, 62, так же, как и число секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 каждой фазы шунтового трансформатора 19 равно четырем (N=4), коэффициенты трансформации К (i=1, 2, 3, 4) в каждой фазе соотносятся между собой как 1:2:4:8, что обеспечивает число ступеней регулирования n фазового сдвига устройства реализации, равное n=1+2+4+8=15 в каждую сторону - для опережающего и отстающего углов поворота фазы α, то есть всего 30, не считая нулевого угла регулирования.
При выбранных параметрах вторичных обмоток 29, 30, 31 каждой фазы шунтового трансформатора 19 устройство реализации позволяет обеспечить диапазон регулирования углов α от -40 до +40 град.эл. с дискретностью (40 град.эл./15)=2,67 град. эл. в каждую сторону, то есть практически плавно регулировать фазовый сдвиг во всем диапазоне изменения углов регулирования. Диапазон ±40 град.эл. обеспечивает возможность применения ФПУ во многих проблемных точках ЕЭС России.
d
C
C
C
Для высоковольтной линии 14 с линейным напряжением 220 кВ диапазон ±40 град.эл., согласно формуле (2), может быть обеспечен формированием трехфазного вольтодобавочного напряжения U=87 кВ на вторичных обмотках 5, 6, 7 сериесного трансформатора 1. Коэффициент трансформации К сериесного трансформатора 1 принят равным K=√3/2. При выборе коэффициента трансформации сериесного трансформатора 1 следует учитывать, что при выбранном К для номинального тока нагрузки линий электропередачи в высоковольтных ключах 63÷66 мостовых преобразователей 60, 61, 62 не потребуется параллельное соединение тиристоров.
c
1
1
2
3
4
c
c
c
c
c
с
d
c
Поэтому при включении тиристорных пар только первой секции коммутатора 47 на первичных обмотках 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1 формируется напряжение U, равное напряжению U первой ступени регулирования. При включении тиристорных пар всех четырех мостовых преобразователей 60, 61, 62 коммутатора 47 в одном направлении на первичных обмотках сериесного трансформатора 1 обеспечивается напряжение, равное сумме напряжений всех четырех секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19, равное U+U+U+U=15U. Включение тиристорных пар в различных комбинациях и различных направлениях формирует напряжение на первичной обмотке сериесного трансформатора 1 от ±√3•U до ±√3•15U, где U - напряжение ступени регулирования, равное напряжению тех из секций 32, 33, 34 вторичных обмоток 29, 30, 31 шунтового трансформатора 19, которые имеют минимальное число витков. При числе ступеней регулирования n=15, коэффициенте трансформации К=√3/2 сериесного трансформатора 1, максимальной величине вольтдобавочного напряжения U=87 кВ в фазе линии при угле фазового сдвига в 40 эл.град. минимальная величина напряжения U ступени регулирования, равная напряжению первой секции вторичной обмотки шунтового трансформатора 19, будет равна:
Соответственно максимальные напряжения второй, третьей и четвертой секций вторичных обмоток шунтового трансформатора 19 будут равны:
2
U=2×2,9=5,8 кB,
3
U=4×2,9=11,6 кВ,
4
U=8×2,9=23,2 KB.
i
При этом коэффициенты трансформации К четырех секций вторичных обмоток 29, 30, 31 каждой фазы шунтового трансформатора 19 получаются равными соответственно:
1
2
3
4
K=0.023, K=0.046, К=0.092, К=0.184.
1
2
3
4
1
2
3
4
Так как все четыре мостовых преобразователя 60, 61, 62 трехфазного коммутатора 47 выполнены на напряжение U, U, U, U соответствующих секций 32, 33, 34, которое превышает рабочее напряжение единичных пар встречно-параллельно соединенных тиристоров, то двунаправленные полупроводниковые высоковольтные ключи 63, 64, 65, 66 выполняются в виде нескольких (в зависимости от уровня напряжения соответствующего мостового преобразователя 60, 61, 62) последовательно включенных пар встречно-параллельно соединенных тиристоров: число последовательно соединенных пар тиристоров в первой секции (U=2,9 кВ) равно 4, во второй секции (U=5,8 кВ) - равно 6, в третьей секции (U=11,6 кВ) - равно 8 и в четвертой секции (U=23,2 кВ) - равно 14.
При нулевом угле регулирования все мостовые преобразователи 60, 61, 62 во всех фазах «опрокинуты», т.е. включены два плеча 63, 64 или 65, 66, шунтирующие первичные обмотки 2, 3, 4 сериесного трансформатора 1. При этом включенные тиристоры работают непрерывно в течение отрезка времени, задаваемого системным оператором или в соответствии с текущим режимом работы линии электропередачи. СУ ФПУ должна генерировать ток управления тиристорами в течение всего заданного временного интервала, причем ток управления одновременно подается на все последовательные пары встречно-параллельно соединенных тиристоров работающего плеча. Тиристорные ключи 63, 64, 65, 66 всех секций 60, 61, 62 трехфазного высоковольтного коммутатора 47 работают только в ключевом режиме «открыт» - «закрыт» и включаются при нулевом напряжении, то есть при переходе силового напряжения через ноль, поэтому из каждой пары встречно-параллельно соединенных тиристоров включится тот, на котором в это время есть прямое напряжение. Такой режим работы ФПУ с тиристорным коммутатором 47 является щадящим для тиристоров мостовых преобразователей 60, 61, 62, так как при включении и выключении на них воздействуют весьма малые величины скоростей нарастания напряжения dU/dt и тока dI/dt.
Аналогично тиристорные мостовые преобразователи 60, 61, 62 работают и при ненулевых углах регулирования, при этом опережающие углы регулирования формируют включенные тиристорные пары плеч 64, 65, а отстающие углы регулирования - тиристорные пары плеч 63, 66 тех из четырех мостовых преобразователей 60, 61, 62, которые должны работать на данной ступени регулирования.
При работе под нагрузкой зависимость выходного напряжения ФПУ от параметров трансформаторов 1, 19 и нагрузки определяется выражением (на примере для фазы А):
где:  - значение выходного напряжения ФПУ при холостом ходе;
- сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу ФПУ;
- общее сопротивление нагрузки с учетом параметров трансформаторов.
Регулировочные характеристики ФПУ при работе в симметричном режиме, когда числа витков полуобмоток вторичной обмотки сериесного трансформатора 1 одинаковы, что соответствует В=1, приведены на фиг.6. Точками показано положение векторов выходного напряжения одной фазы при всех возможных углах регулирования ФПУ для трех типов нагрузки:
режим холостого хода;
нагрузка номинальная, активно-индуктивная:
R_load=152 Ом, L_load=0.176 Гн, φ_load=20°, I_load=785 A;
нагрузка номинальная, активно-емкостная:
R_load=152 Ом, С_load=58 мкФ, φ_load=-20°, I_load=785 A
Для расчетов использованы следующие значения параметров трансформаторов:
Сериесный трансформатор (первичная обмотка)
R1=0.377 Ом, L1=25.5 мГн, /Z1/=8.07 Ом
Шунтовой трансформатор (первичная обмотка)
R11=1.652 Ом, L11=75 мГн, /Z11/=23.55 Ом
Из фиг.6 видно, что если нагрузка носит активно-индуктивный характер, то напряжение на выходе снижается относительно входного напряжения, максимальное отклонение составляет -9.4% при углах -40° и +40°. Если нагрузка носит активно-емкостной характер, то напряжение на выходе повышается относительно входного напряжения, максимальное отклонение составляет 3.9% при углах -40° и +40°.
Значение выходного напряжения при холостом ходе для схемы ФПУ со смещенной средней точкой, когда числа витков полуобмоток вторичной обмотки сериесного трансформатора 1 разные, что равносильно изменению значения В (т.е. В≠1), определяется с помощью выражения:
где m2 и m3 вспомогательные переменные, которые определяются из нижеследующих выражений:
При работе под нагрузкой регулировочная характеристика ФПУ со смещенной средней точкой отличается от регулировочной характеристики (6) при холостом ходе и определяется выражением (5), в котором:
- значение выходного напряжения ФПУ при холостом ходе;
- сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу ФПУ;
- общее сопротивление нагрузки с учетом параметров трансформаторов, определяемое из формулы:
1
где  - полное сопротивление первичной обмотки сериесного трансформатора 1 (R - активное сопротивление первичной обмотки;
1
L - индуктивность рассеяния первичной обмотки сериесного трансформатора);
11
- полное сопротивление первичной обмотки шунтового трансформатора 19 (R - активное сопротивление первичной обмотки;
11
L - индуктивность рассеяния первичной обмотки шунтового трансформатора).
Изменение положения внутреннего вывода вторичной обмотки сериесного трансформатора (числа витков полуобмоток вторичной обмотки сериесного трансформатора становятся разные, что равносильно изменению значения В) оказывает влияние на модуль выходного напряжения. Этот факт используется для компенсации влияния паразитных параметров трансформаторов и величин токов нагрузки на модуль выходного напряжения фазоповоротного устройства. На фиг.7 и фиг.8 при разных положениях внутреннего вывода вторичной обмотки сериесного трансформатора для активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузкок показаны соответствующие регулировочные характеристики.
Из приведенных диаграмм видно, что компенсировать отклонение выходного напряжения ФПУ при разном характере нагрузки, из-за влияния параметров трансформаторов, можно путем изменения положением внутреннего вывода сериесного трансформатора (изменение соотношения числа витков у полуобмоток вторичной обмотки сериесного трансформатора, что равносильно изменению коэффициента В). При активно-индуктивной нагрузке необходимо иметь B<1, для B=0.5 при рассмотренной нагрузке максимальное отклонение составило -4.7%. При активно-емкостной нагрузке необходимо обеспечивать B>1, для B=1.5 при рассмотренной нагрузке максимальное отклонение составило 2.7%.
На практике характер тока нагрузки и диапазон его изменений, при котором должно быть использовано ФПУ, известен заранее при проектировании ФПУ. Таким образом, при проектировании ФПУ можно вычислить коэффициент В и, соответственно, соотношение между числами витков отдельных частей вторичной обмотки сериесного трансформатора, при котором изменение вектора выходного напряжения ФПУ будет лежать в заданном диапазоне его изменений при вариациях тока нагрузки.
Таким образом, в предлагаемом решении технический результат, заключающийся в уменьшении влияния паразитных параметров сериесного и шунтового трансформатора, а также токов линии на модуль выходного напряжения фазоповоротного устройства достигается смещением внутреннего вывода вторичных обмоток сериесного трансформатора от средней точки.