Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой
METHOD FOR CONTROLLING TRANSFORMER VOLTAGE UNDER LOAD

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам коэффициента трансформации трансформаторов (РКТ), и может быть использовано в электрических сетях для поддержания необходимого уровня напряжения в месте их подключения.
Известен способ, в котором при подаче импульсов управления на управляемые вентили ответвлений пониженного напряжения, гальванически изолированные секционированные обмотки трехфазного трансформатора, подключенные к питающей сети, имеют максимальное число витков, как следствие, трансформатор имеет минимальный коэффициент трансформации, за счет чего на выходе трансформатора формируют минимальное напряжение. При необходимости повышения напряжения импульсы управления снимают с управляемых вентилей ответвлений пониженного напряжения и подают на управляемые вентили ответвлений повышенного напряжения, общее число витков первичных секционированных обмоток уменьшается, что ведет к увеличению коэффициента трансформации, а следовательно к увеличению напряжения вторичных обмоток [патент RU на полезную модель №88863, МПК H02J 3/00, опубл. 20.11.2009, бюл. №32].
Недостатком данного технического решения является низкая эффективность работы трансформатора, связанная с тем, что в каждой гальванически изолированной секционированной обмотке потребляемый ток протекает лишь на одном полупериоде, что определяется направлением электропроводности подключаемых к гальванически изолированным секционированным обмоткам управляемых вентилей, не способных проводить ток в противоположную сторону на другом полупериоде.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой, заключающийся в контроле тока и напряжения питающей сети, фиксации временных интервалов, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измерении фазового сдвига между током и напряжением питающей сети и, в зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора, управлении полупроводниковым коммутатором на соответствующих фиксированных временных интервалах, задание коэффициента трансформации устанавливают посредством управления полупроводниковым коммутатором, осуществляющим переключения ответвлений первичной секционированной обмотки при помощи двунаправленных тиристорных ключей с использованием измерений мгновенных значений напряжения питающей сети и потребляемого тока питающей сети [патент RU на изобретение №2711589, МПК Н02Р 13/06, опубл. 17.01.2020. бюл. №2].
Недостатками данного технического решения являются его ограниченные функциональные возможности по регулированию напряжения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение его функциональных возможностей за счет управления реле с нормально замкнутыми контактами полупроводникового коммутатора.
Технический результат заключается в уменьшении обратного напряжения, прикладываемого к двунаправленным тиристорным ключам полупроводникового коммутатора.
Это достигается тем, что в способе управления напряжением трансформатора под нагрузкой, заключающемся в контроле тока и напряжения питающей сети, фиксации временных интервалов, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измерении фазового сдвига между током и напряжением питающей сети и, в зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора, управлении двунаправленными тиристорными ключами на соответствующих фиксированных временных интервалах, формируют цепь протекания тока посредством управляемого реле с нормально замкнутыми контактами, переводят в проводящее ток состояние двунаправленные тиристорные ключи, подключаемые к выводам управляемого реле с нормально замкнутыми контактами, при этом переводят другие двунаправленные тиристорные ключи в закрытое состояние, после чего размыкают нормально замкнутые контакты управляемого реле с нормально замкнутыми контактами и осуществляют управление напряжением на выходе трансформатора переключением двунаправленных тиристорных ключей, далее переводят в проводящее ток состояние двунаправленные тиристорные ключи, подключаемые к выводам управляемого реле с нормально замкнутыми контактами, при этом переводят другие двунаправленные тиристорные ключи в закрытое состояние, замыкают нормально замкнутые контакты управляемого реле с нормально замкнутыми контактами, затем переводят в закрытое состояние все двунаправленные тиристорные ключи.
Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой осуществляют следующим образом.
Контролируют ток и напряжения питающей сети, фиксируют временные интервалы, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измеряют фазовый сдвиг между током и напряжением питающей сети и, в зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора, управляют двунаправленными тиристорными ключами, входящими в состав полупроводникового коммутатора, на соответствующих фиксированных временных интервалах.
Осуществляют замыкание выводов гальванически изолированных секционированных обмоток, свободных от подключения к питающей сети, посредством управляемого реле с нормально замкнутыми контактами, используя при этом первичную секционированную обмотку трансформатора.
Переводят в проводящее ток состояние двунаправленные тиристорные ключи в составе полупроводникового коммутатора, подключаемые к выводам управляемого реле с нормально замкнутыми контактами, при этом переводят другие двунаправленные тиристорные ключи в закрытое состояние, после чего размыкают контакты управляемого реле с нормально замкнутыми контактами и осуществляют управление напряжением на выходе трансформатора переключением двунаправленных тиристорных ключей полупроводникового коммутатора, переводят в проводящее ток состояние двунаправленные тиристорные ключи в составе полупроводникового коммутатора, подключаемые к выводам управляемого реле с нормально замкнутыми контактами, при этом переводят другие двунаправленные тиристорные ключи в закрытое состояние, замыкают контакты управляемого реле с нормально замкнутыми контактами, отключают полупроводниковый коммутатор переводом в закрытое состояние всех двунаправленных тиристорных ключей в составе полупроводникового коммутатора.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структурная схема устройства управления напряжением трансформатора, реализующего предлагаемый способ.
Структурурная схема устройства управления напряжением трансформатора включает в себя полупроводниковый коммутатор 1 трансформатора 2, при этом полупроводниковый коммутатор 1 содержит две вентильные группы 3 и 4, вентильная группа 3 выполнена в виде двунаправленных тиристорных ключей 5, 6 и 7, а вентильная группа 4 включает двунаправленные тиристорные ключи 8, 9 и 10, при этом одни из выводов двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10 соединенные вместе. Первичная секционированная обмотка 11 трансформатора 2 выполнена в виде двух гальванически изолированных секционированных обмоток 12 и 13, выполненных с любым количеством ответвлений. При этом, конец гальванически изолированной секционированной обмотки 12 и начало гальванически изолированной секционированной обмотки 13 являются соответственно также ответвлениями этих гальванически изолированных секционированных обмоток 12 и 13, а начало гальванически изолированной секционированной обмотки 12 и конец гальванически изолированной секционированной обмотки 13 являются выводами первичной секционированной обмотки И. Свободный вывод двунаправленного тиристорного ключа 5 вентильной группы 3 подключен к выводу ответвления гальванически изолированной секционированной обмотки 12, следующего за началом гальванически изолированной секционированной обмотки 12. Свободный вывод двунаправленного тиристорного ключа 6 вентильной группы 3 подключен к выводу другого ответвления гальванически изолированной секционированной обмотки 12, следующего перед концом гальванически изолированной секционированной обмотки 12. Свободный вывод двунаправленного тиристорного ключа 7 вентильной группы 3 подключен к концу гальванически изолированной секционированной обмотки 12. Свободный вывод двунаправленного тиристорного ключа 8 вентильной группы 4 подключен к началу гальванически изолированной секционированной обмотки 13. Свободный вывод двунаправленного тиристорного ключа 9 вентильной группы 4 подключен к выводу ответвления гальванически изолированной секционированной обмотки 13, следующего за началом гальванически изолированной секционированной обмотки 13. Свободный вывод двунаправленного тиристорного ключа 10 вентильной группы 4 подключен к выводу ответвления гальванически изолированной секционированной обмотки 13, расположенного перед концом гальванически изолированной секционированной обмотки 13. Между концом гальванически изолированной секционированной обмотки 12 и началом гальванически изолированной секционированной обмотки 13, подключены выводы управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами. Датчик тока 15 одним выводом подключен к выводу первичной секционированной обмотки 11, являющимся началом гальванически изолированной секционированной обмотки 12, трансформатора 2, а другим выводом подключен к зажиму питающей сети, и входит в состав полупроводникового коммутатора 1. Датчик напряжения 16, подключен параллельно зажимам питающей сети и также входит в состав полупроводникового коммутатора 1. При этом, вывод первичной секционированной обмотки 11, являющийся концом гальванически изолированной секционированной обмотки 13, подключен к другому зажиму питающей сети, свободному от подключения к датчику тока 15. Информационные входы блока управления 17, входящего в состав полупроводникового коммутатора 1, подключены к выходам датчика тока 15, датчика напряжения 16 и блока задания выходного напряжения 18. Выходы блока управления 17 связаны с управляющими входами двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9, 10 и управляющим входом управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами. Вторичная обмотка 19 трансформатора 2 при этом подключена к нагрузке.
Заявляемый способ с использованием устройства управления напряжением трансформатора осуществляется следующим образом.
Под управлением напряжением трансформатора 2 понимается режим, при котором любая пара двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9, 10, входящих в полупроводниковый коммутатор 1, находится в проводящем ток состоянии, таким образом, что один проводящий ток двунаправленный тиристорный ключ входит в состав вентильной группы 3, а второй проводящий ток двунаправленный тиристорный ключ входит в состав вентильной группы 4. Проводящее ток состояние для любого из двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9, 10 определяется наличием протекающего тока, через конкретный двунаправленный тиристорный ключ и может быть вызвано в результате подачи сигналов управления на этот друнаправленный тиристорный ключ от блока управления 17. Остальные двунаправленные тиристорные ключи, которые не находтся в проводящем ток состоянии, находятся в закрытом состоянии и не имеют протекающего через себя тока. Закрытое состояние двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9, 10 может быть вызвано отсутсвием сигналов управления от блока управления 17. При этом, для управления напряжением трансформатора 2 могут использоваться выводы ответвлений как одной из гальванически изолированных секционированных обмоток 12 или 13, так и выводы ответвлений обеих гальванически изолированных секционированных обмоток 12и 13.
До начала режима управления напряжением трансформатора 2, нормально замкнутые контакты управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами являются замкнутыми, что приводит к замыканию ответвления гальванически изолированной секционированной обмотки 12, являющимся концом гальванически изолированной секционированной обмотки 12, и ответвления гальванически изолированной секционированной обмотки 13, являющимся началом гальванически изолированной секционированной обмотки 13. Перед началом процесса управления напряжением трансформатора 2 с блока управления 17 подают сигналы на двунаправленный тиристорный ключ 7 вентильной группы 3 и двунаправленный тиристорный ключ 8 вентильной группы 4. Проводящими ток двунаправленными тиристорными ключами 7 и 8 шунтируют выводы управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами. После чего подают сигнал управления на управляемое реле 14 с нормально замкнутыми контактами для размыкания его нормально замкнутых контактов.
В режиме управления напряжения на выходе трансформатора 2 полупроводниковым коммутатором 1 по информационному сигналу с выхода блока задания выходного напряжения 18, посредством управления состоянием двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7 вентильной группы 3 и двунаправленных тиристорных ключей 8, 9, 10 вентильной группы 4, осуществляемого блоком управления 17, обеспечивают подключение к питающей сети различных комбинаций секций гальванически изолированных секционированных обмоток 12 и 13.
Перед выходом из режима управления напряжением трансформатора 2 с помощью сигналов управления с блока управления 17 переводят в проводящее ток состояние двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8, шунтируя при этом выводы управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами, после чего замыкают нормально замкнутые контакты управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами, и затем переводят в закрытое состояние двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8, тем самым отключая полупроводниковый коммутатор 1 от управления выходным напряжением трансформатора 2.
При наличии напряжения питающей сети на первичной секционированной обмотке 11 трансформатора 2, нормально замкнутых контактах управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами, к двунаправленным тиристорным ключам 5, 6, 7, 8, 9, 10 полупроводникового коммутатора 1, находящимся в закрытом состоянии, прикладываются напряжения соответствующих ответвлений первичной секционированной обмотки 11, трансформатора 2, которые являются существенно меньшими по сравнению с напряжением питающей сети.
При наличии напряжения питающей сети на первичной секционированной обмотке 11 трансформатора 2, отсутствии в схеме, либо разомкнутых нормально замкнутых контактах управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами и двунаправленных тиристорных ключах 5, 6, 7, 8, 9, 10 полупроводникового коммутатора 1, находящимся в закрытом состоянии, конец гальванически изолированной секционированной обмотки 12 и начало гальванически изолированной секционированной обмотки 13 оказываются разомкнутыми. При этом к двунаправленным тиристорным ключам, находящимся в закрытом состоянии, прикладываются напряжение питающей сети.
Наличие управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами в схеме и управление им обеспечивает снижение требований по классу двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9, 10 и, как следствие, позволяет расширить функциональные возможности по регулированию напряжения трансформатора под нагрузкой за счет того, что к двунаправленным тиристорным ключам 5, 6, 7, 8, 9, 10 всегда прикладывается более низкий уровень напряжения, чем при отсутствии управляемого реле 14 с нормально замкнутыми контактами.
Использование способа управления напряжением трансформатора под нагрузкой расширяет функциональные возможности по регулированию напряжения за счет снижения обратного напряжение, прикладываемого к двунаправленным тиристорным ключам полупроводникового коммутатора.