ШКАФ ДИНАМИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к устройствам динамической компенсации реактивной мощности и может быть использована в сетях 0,4 кВ и 10(6) кВ с использованием согласующего трансформатора, где требуется компенсация реактивной мощности для поддержания требуемого коэффициента мощности cos φ.
Известно изобретение, созданное во Всероссийском электротехническом институте им. В.И. Ленина. Способ управления статическим тиристорным компенсатором реактивной мощности (см. патент РФ на изобретение №2088015, МПК H02J 3/18, опубл. 20.08.1997 г. ) содержит три независимых линейных реактора, подключенных к трехфазной сети треугольником, каждый - через пару встречно-параллельно соединенных тиристоров с соответствующей системой импульсно-фазового управления (СИФУ). Сущность изобретения: фазовое положение импульса управления тиристором соответствующей фазы треугольника тиристорно-реакторной группы определяется не только требуемой в данный момент от этой фазы реактивной мощностью, но мощностью фазы треугольника, опережающей данную фазу на 60 эл. град. Это позволяет с большой точностью, и, следовательно, быстродействием отреагировать на изменение реактивной мощности нагрузки в линейных проводах питающей сети. Схемотехнически учесть мощность опережающей фазы можно, установив между независимыми вычислителями текущих значений требуемых реактивных мощностей и СИФУ сумматоры требуемого значения мощности «своей» фазы треугольника реакторов и приращение мощности опережающей фазы за время от момента ее включения до момента формирования импульсов управления «своей» фазы.
Недостатком данного устройства является низкие точность и надежность системы управления.
Известен способ и устройство компенсации потребляемой индустриальной нагрузкой реактивной мощности, разработанные ABB АВ (SE) (см. патент Швеции на изобретение №ЕРИ 18588, МПК H02J 3/18, опубл. 11.06.2003 г. ), в котором осуществляется управление тиристорно-реакторной группой (ТРГ), параллельно которой присоединены конденсаторные батареи-фильтры высших гармоник.
Недостатком известного технического решения является невозможность отключения конденсаторных батарей-фильтров высших гармоник во всех режимах работы ТРГ из-за резкого ухудшения качества напряжения после отключения фильтров высших гармоник. В связи с этим мощность ТРГ должна быть вдвое выше мощности конденсаторных батарей-фильтров высших гармоник при одинаковой номинальной величине выдаваемой и потребляемой реактивной мощности.
Известен трехфазный компенсатор реактивной мощности (см. Энергетическая электроника: Справочное пособие. Пер. с нем. Под ред. В.А. Лабунцова. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 243.), который компенсирует реактивную мощность за счет приближения фазы потребляемого тока к питающему напряжению. Устройство содержит трехфазный управляемый выпрямитель, трехфазный автономный инвертор напряжения, а также трехфазный реактор и конденсатор. Ключевые элементы автономного инвертора напряжения выполнены в виде встречно-параллельного соединения тиристора и диода. Управление автономным инвертором напряжения осуществляется от синхронизированной с сетью системой управления. Вход управляемого выпрямителя подключен к трехфазной сети переменного тока, а его выход через конденсатор связан с входом трехфазного автономного инвертора напряжения. Выводы автономного инвертора напряжения со стороны переменного тока через трехфазный реактор соединены с трехфазной сетью. Устройство работает следующим образом. На ключевые элементы автономного инвертора напряжения подается управляющий сигнал, который формирует на его выходе переменную гармонику тока основной частоты. Эта гармоника тока на 90 эл. град, опережает сетевое напряжение. При индуктивном характере нагрузки опережающая по фазе гармоника тока, имеющая емкостный характер, компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки и приближает фазу потребляемого тока к питающему напряжению. Таким образом, компенсатор с нерегулируемой величиной тока компенсации повышает коэффициент мощности потребителя за счет увеличения cos φ при определенных (номинальных) токах нагрузки.
Недостатком известного трехфазного компенсатора реактивной мощности заключается в недостаточно высоких значениях коэффициента мощности. Это обусловлено, во-первых, наличием фазового угла сдвига между потребляемым током и питающим напряжением, приводящим в отличных от номинального режимах работы к уменьшению Cos φ и, во-вторых, сохранением несинусоидальной формы потребляемого тока. Отклонение тока нагрузки от номинального значения вызывает неполную компенсацию реактивной мощности и увеличивает фазовый сдвиг между потребляемым током и питающим напряжением. Кроме того, в нерегулируемом компенсаторе симметрирование тока нагрузки и улучшение формы потребляемого тока осуществляется не в полной мере, вследствие чего вышеуказанный известный компенсатор имеет ограниченное применение.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения на шинах подстанции, разработанное сотрудниками ОАО «Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы», ОАО Научно-исследовательский институт электроэнергетики, ООО «Научно-производственный центр «Энерком-Сервис», содержащее средство компенсации медленных изменений напряжения, средство компенсации быстрых изменений напряжения и блок управления, снабженный входом, предназначенным для подключения к датчику напряжения на шинах подстанции (см. патент РФ на полезную модель №34818, МПК H02J 3/18, опубл. 10.12.2003 г. ). В этом устройстве указанные средства регулирования выполнены на основе коммутируемых высоковольтными выключателями конденсаторов и тиристорно-реакторных групп соответственно. Устройство позволяет поддерживать напряжение на шинах подстанции путем регулирования реактивной мощности (тока), однако возможность повышения качества электроэнергии с помощью известного устройства ограничена ростом требуемого объема компенсирующего и коммутирующего оборудования на подстанции. В известном устройстве расширение пределов компенсации реактивной мощности и уменьшение статических и динамических отклонений регулируемого напряжения от заданной величины требуют увеличения общей установленной мощности компенсирующего оборудования (реакторов, конденсаторов), а необходимость снижения величины высших гармоник, генерируемых при коммутациях компенсирующих реакторов и конденсаторов - увеличения числа ступеней регулирования, использования дополнительного фильтрового, токоограничивающего и коммутирующего оборудования.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является автоматическая динамическая компенсация реактивной мощности до заданного стабильного коэффициента мощности cos φ в условиях действия различных случайных возмущений и изменений реактивной мощности нагрузки в линейных проводах питающей сети.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является обеспечение требуемого качества регулирования коэффициента мощности cos φ и устойчивой работы электрической сети для компенсации реактивной мощности в широком диапазоне изменений величины реактивной мощности и обеспечения необходимого быстродействия.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство динамической компенсации реактивной мощности содержащее силовой вводной выключатель; блок управления конденсаторными группами; конденсаторные группы в составе тиристорного контактора, конденсатора, токоограничивающих дросселей и разрядного резистора; датчик температуры внутри шкафа; тепловентилятор; вентиляторы для охлаждения воздуха.
Конденсаторные группы, количество которых определяется проектом, соединяются параллельно и запитаны на силовые шины устройства динамической компенсации реактивной мощности, выводы которых запитаны на фидер питающей сети.
Блок управления конденсаторными группами выполнен с входами для подключения управляющих контактов конденсаторных групп и подключения измерительных трансформаторов тока и напряжения. Блок управления конденсаторными группами оснащен информационными выходами.
Согласно полезной модели блок управления конденсаторными группами осуществляет подключение и отключение конденсаторных групп определяемое как достижение необходимого и заданного коэффициента мощности cos φ. Необходимая величина коэффициента мощности cos φ программируется блоком управления конденсаторными группами.
Полезная модель иллюстрируется чертежом (фиг. 1), на котором показана структурная схема устройства динамической компенсации реактивной мощности.
Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - блок управления конденсаторными группами; 2 - конденсаторная группа (их количество определяется проектом); 3 - силовой вводной выключатель.
Устройство динамической компенсации реактивной мощности работает следующим образом.
Блок управления конденсаторными группами (1) анализирует полученные параметры сети в режиме реального времени. Посредством анализа определяется текущий коэффициент мощности cos φ и блок управления конденсаторными группами (1) сравнивает полученный коэффициент мощности cos φ с заданным коэффициентом мощности cos φ.
При несовпадении полученного и заданного коэффициентов мощности cos φ, блок управления конденсаторными группами осуществляет подключение или отключение конденсаторных групп (2) до достижения заданного коэффициента мощности cos φ. Алгоритм работы блока управления конденсаторными группами построен на минимизации числа подключений и отключений конденсаторных групп (2) путем периодического опроса измерительных трансформаторов на выводах нагрузки, по итогам которого сравниваются полученные данные с настроенными параметрами алгоритма работы блока управления конденсаторными группами. В случае если необходимо осуществить регулировку cos φ путем уменьшения или увеличения количества рабочих ступеней конденсаторных групп, блок управления конденсаторными группами, используя запрограммированный алгоритм работы, выбирает согласно принципу «минимума числа подключений и отключений конденсаторных групп» оптимальный режим коммутации среди всех возможных комбинаций коммутаций всех конденсаторных групп, который требует наименьшего числа коммутаций для достижения необходимой задачи. Работа выполняется в автоматическом режиме с использованием запрограммированного блока управления конденсаторными группами. Разрядные резисторы, входящие в состав конденсаторных групп (2), осуществляют быстрый и безопасный разряд конденсаторов.
Силовой вводной выключатель (3) осуществляет физический разрыв между устройством динамической компенсации реактивной мощности и сетью для осуществления безопасного текущего технического обслуживания, физического перемещения устройства динамической компенсации реактивной мощности на другой объект.