СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫМ ШУНТИРУЮЩИМ РЕАКТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO CONTROL CONTROLLABLE SHUNT REACTOR AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления мощностью управляемого шунтирующего реактора с целью обеспечения баланса реактивной мощности в точке его подключения. Такая технология реализуется в различных устройствах силовой электротехники, применяемых в электроэнергетике, электроприводе, электротермии, электролизе, преобразовательной технике, для компенсации реактивной мощности нагрузки.
Известен способ управления управляемым шунтирующим реактором, основанный на изменении проводимости реактора за счет воздействия на состояние магнитопровода сердечника. Воздействие реализуется с помощью изменения тока подмагничивания в дополнительной обмотке управляемого шунтирующего реактора и управления положением рабочей точки сердечника на нелинейной кривой намагничивания его стали.
Известно устройство для осуществления данного способа, содержащее дополнительную обмотку управления, подключаемую к регулятору тока, построенного на основе управляемых ключей. Система управления регулятором управляет состоянием управляемых ключей и тем самым регулирует величину тока подмагничивания управляемого шунтирующего реактора, изменяя его индуктивность. (Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей. 2-е дополненное издание /  Под ред. Д.т.н., проф. A.M. Брянцева. - М.: «Знак». 2010. 288 с. Ил.
К недостаткам такого способа управления и устройства относятся сложная конструкция управляемого шунтирующего реактора и цепей управления, наличие дополнительных потерь в стали сердечника и нелинейных искажений в кривой тока управляемого шунтирующего реактора, что требует применения дополнительных фильтров высших гармоник и приводит к усложнению схемы управляемого шунтирующего реактора.
Известен способ управления управляемым шунтирующим реактором, основанный на применении фазового управления управляемыми ключами (например, тиристорами). При таком способе управления управляемым шунтирующим реактором его строят на основе реакторов (катушек индуктивностей) и управляемых ключей. Способ предполагает измерение напряжения на управляемом шунтирующем реакторе, синхронизацию момента изменения состояния управляемого ключа по отношению к приложенному синусоидальному напряжению.
Известно устройство управления управляемым шунтирующим реактором, использующее последовательное соединение реактора и управляемого ключа, построенного на основе встречно-параллельно включенных тиристоров, измерение синусоидального напряжения, приложенного к управляемому шунтирующему реактору, задание величины индуктивности шунтирующего реактора, и синхронизацию момента изменения состояния управляемого ключа по отношению к приложенному синусоидальному напряжению. Управляя моментом изменения состояния управляемого ключа по отношению к моменту перехода синусоидального напряжения на управляемом шунтирующем реакторе через его нулевое значение, можно регулировать действующее значение протекающего через управляемый шунтирующий реактор тока и, соответственно, реактивную мощность. (Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения: учебник для вузов / Ю.П. Рыжов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 488 с.: илл. Стр. 303, рис 9.2).
Существенным недостатком указанного способа и устройства управления управляемым шунтирующим реактором является несинусоидальная форма тока реактора с присутствием в ней большого числа высших гармоник при регулировании. Подавление высших гармоник в токе, потребляемом управляемым шунтирующим реактором от источника синусоидального напряжения, приводит к необходимости применения дополнительных фильтров высших гармоник. Применение фильтров, с одной стороны, полностью не устраняет высшие гармоники в кривой тока и, с другой стороны, усложняет силовую схему управляемого шунтирующего реактора, за счет введения в него дополнительных устройств.
Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является устранение высших гармоник в кривой протекающего через управляемый шунтирующий реактор тока при его управлении, повышение качества электрической энергии в месте подключения управляемого шунтирующего реактора в сеть за счет устранения высших гармоник в токе управляемого шунтирующего реактора, а также упрощение устройства в целом.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе управления управляемого шунтирующего реактора, включающем управление состоянием управляемых ключей, задание индуктивности управляемого шунтирующего реактора, измерение и синхронизацию с приложенным к управляемому шунтирующему реактору синусоидальным напряжением управление состоянием управляемых ключей осуществляют в моменты времени достижения синусоидальным напряжением на управляемом шунтирующем реакторе максимального и минимального значений, а в устройстве управления управляемым шунтирующим реактором, содержащим реакторы и управляемые ключи, подключенного к блоку измерения синусоидального напряжения и блоку управления состоянием управляемых ключей, шунтирующий реактор выполнен из двух параллельно включенных ветвей, каждая из которых содержит последовательное соединение двух реакторов и управляемого ключа, при этом одни из выводов управляемых ключей в каждой ветви подключены к противоположным выводам управляемого шунтирующего реактора, а между общими точками соединения реакторов в каждой из параллельных ветвей включен дополнительный управляемый ключ.
Сущность предлагаемого способа и устройства управления управляемым шунтирующим реактором поясняется чертежами, где
На фиг. 1 приведена схема управления управляемого шунтирующего реактора.
На фиг. 2 приведен один из возможных вариантов построения устройства управления управляемым шунтирующим реактором, построенного на основе четырех реакторов и трех управляемых ключей.
На фиг. 3 приведена таблица величин индуктивностей управляемого шунтирующего реактора схемы фиг. 2 при различных комбинациях набора включаемых управляемых ключей.
На фиг. 4 представлены временные диаграммы приложенного к управляемому шунтирующему реактору напряжения и его токов при различной комбинации набора включения управляемых ключей.
Устройство управления управляемого шунтирующего реактора 1 состоит схемы соединения реакторов 2 и управляемых ключей 3. Параллельно управляемому шунтирующему реактору подключен блок 4 измерения синусоидального напряжения, выход которого соединен с входом блока синхронизации 5, выход блока 6 задания величины индуктивности управляемого шунтирующего реактора соединен со входом блока 7 определения набора включаемых управляемых ключей управляемого шунтирующего реактора, а его выход соединен с первым входом блока управления набором управляемых ключей 8, второй вход которого соединен с выходом блока синхронизации 5, при этом выходы блока 8 соединены с входами управления каждого из управляемых ключей 3 управляемого шунтирующего реактора 1.
Устройство управления шунтирующего реактора 1 состоит из двух параллельно включенных ветвей, подключенных к разноименным выводам управляемого шунтирующего реактора, при этом первая ветвь содержит последовательное соединение реакторов 9 и 10, а вторая содержит последовательное соединение реакторов 11 и 12. Последовательно с реакторами 9 и 10 включен управляемый ключ 13, а последовательно с реакторами 11 и 12 включен управляемый ключ 14 таким образом, что одни из выводов управляемых ключей в каждой из ветвей подключены к разноименным выводам управляемого шунтирующего реактора 1, а каждая из которых содержит последовательное соединение реакторов 9, 10 и 11, 12 и управляемых ключей 13 и 14, при этом одни из выводов управляемых ключей подключены к противоположным выводам управляемого шунтирующего реактора 1, а между общими точками соединения реакторов в каждой из параллельных ветвей включен дополнительный управляемый ключ 15, а входы управления управляемых ключей 13, 14, 15 соединены с выходами блока 8 управления набором управляемых ключей.
Способ управления управляемым шунтирующим реактором и устройство для его осуществления работают следующим образом.
Способ использует измерение синусоидального напряжения (блок 4), приложенного к управляемому шунтирующему реактору 1, синхронизацию управления изменением состояния управляемых ключей с помощью блока 5 по отношению к синусоидальному напряжению на управляемом шунтирующем реакторе 1, задание величины индуктивности шунтирующего реактора 1 с помощью блока 6, вычисление набора переключаемых управляемых ключей 3 с помощью блока 7 и изменение их состояния в моменты максимума или минимума синусоидального напряжения на управляемом шунтирующем реакторе с помощью блока 8. Изменение состояний управляемых ключей 3 в моменты времени максимума или минимума приложенного синусоидального напряжения на управляемом шунтирующем реакторе 1 гарантирует отсутствие высших гармоник в кривой тока шунтирующего реактора при любом регулировании его тока, а также отсутствие переходного процесса при изменении состояний управляемых ключей 3. При этом форма тока, протекающего через управляемый шунтирующий реактор 1, всегда будет синусоидальной при любой комбинации включенных управляемых ключей 3.
Схема построения устройства управляемого шунтирующего реактора, реализующего предложенный способ управления, приведена на фиг. 2. Управляемый шунтирующий реактор 1 построен на основе двух параллельно включенных ветвей, каждая из которых состоит из последовательного соединения двух реакторов 9, 10 и 11, 12 и управляемого ключа 13 и соответственно 14, подключенных к источнику синусоидального напряжения так, что выводы управляемых ключей в каждой из ветвей подключены к разноименным выводам источника синусоидального напряжения управляемого шунтирующего реактора, а между общими точками соединения реакторов в каждой ветви включен дополнительный управляемый ключ 15.
Блок управления ключами 8 в зависимости от получения требуемой индуктивности управляемого шунтирующего реактора 1, задаваемой блоком 6 и набора включенных управляемых ключей, соответствующих требуемой индуктивности, определяемого блоком 7, включает необходимый набор управляемых ключей в моменты максимума и минимума синусоидального напряжения на управляемом шунтирующем реакторе 1.
Схема обеспечивает получение 7 различных значений индуктивности управляемого шунтирующего реактора 1, приведенных в таблице на фиг. 3.
2
3
4
Величины индуктивности реакторов 9, 10, 11, 12 обозначены соответственно L1, L, L, L.
экв
0
В таблице фиг. 3 L - результирующее значение индуктивности управляемого шунтирующего реактора при различных комбинациях включенных управляемых ключей 13, 14, 15; L - минимальная величина индуктивности реактора, получаемая в состоянии 7.
Данные таблицы получены при следующих величинах индуктивностей реакторов, входящих в состав управляемого шунтирующего реактора:
1
0
L=0,72L;
2
0
L=1,28L;
3
0
L=2,12L;
4
0
L=0,72L.
На фиг. 4 приведены временные диаграммы напряжения и токов управляемого шунтирующего реактора при реализации управления в соответствии с предложенным способом для трех сочетаний включенных управляемых ключей (позиции 3, 7 и 1 фиг. 3). Диаграммы иллюстрируют факт отсутствия высших гармонических составляющих в токе управляемого шунтирующего реактора и переходного процесса при переключении управляемых ключей в моменты максимума или минимума синусоидального напряжения на управляемом шунтирующем реакторе.
В общем виде управляемый шунтирующий реактор 1 может содержать разное число реакторов 2 и управляемых ключей 3. Управление состоянием набора включенных управляемых ключей 3 в моменты времени максимума или минимума напряжения на управляемом шунтирующем реакторе 1 изменяет топологию схемы управляемого шунтирующего реактора 1 и соответственно его индуктивность. Принципиальное отличие от представленных ранее способов управления заключается в том, что в кривой тока управляемого шунтирующего реактора 1 будут отсутствовать высшие гармоники при любых значениях регулируемого тока.
Предлагаемый способ обеспечивает дискретное управление индуктивностью управляемого шунтирующего реактора 1. Топология построения схемы управляемого шунтирующего реактора 1, а также величины индуктивностей ректоров 2, входящих в состав управляемого шунтирующего реактора 1, выбираются таким образом, чтобы обеспечивались требуемый диапазон и дискретность изменения индуктивности управляемого шунтирующего реактора 1.
Дискретность получаемых значений индуктивности шунтирующего реактора 1 зависит от схемы его построения, количества реакторов 2 и управляемых ключей 3.