РЕГУЛЯТОР ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ С ФУНКЦИЕЙ АКТИВНОГО ФИЛЬТРА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике и энергетической электронике, и может быть использована в сложных замкнутых сетях переменного тока при необходимости накопления электрической энергии в периоды наличия избыточной (дешевой) энергии и выдачи в сеть в периоды дефицита с одновременным регулированием передаваемой мощности и фильтрацией высших гармоник сетевого напряжения.
Известен динамический регулятор мощности и напряжения для линии передачи переменного тока, содержащий переключатель, выпрямитель и инвертор [Роберт Дж.Нелсон, Доналд Г.Рэми. Динамический регулятор мощности и напряжения для линии передачи переменного тока. Вестингхауз Электрик Корпорейшн (США), 1999].
Недостатком этого регулятора является дискретный режим работы, при котором регулируется либо напряжение, либо передаваемая по линии мощность.
Известен параллельно-последовательный регулятор мощности, содержащий два выпрямителя, два инвертора, два трансформатора и конденсатор [Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2000].
Недостатком этого регулятора являются невозможность активной фильтрации высших гармоник напряжения в узле сети переменного тока, а также высокие массогабаритные показатели.
Известен регулятор напряжения и передаваемой мощности, содержащий два силовых трансформатора, выпрямитель, два инвертора, конденсатор, измерительные трансформаторы напряжения, измерительный трансформатор тока, блок измерения напряжения, блок измерения мощности, передаваемой по линии, блоки управления, блок логики [Патент РФ №2356081 С1]. Он принят в качестве прототипа.
Недостатком этого регулятора является невозможность накопления электрической энергии в периоды наличия избыточной (дешевой) энергии и выдачи в сеть в периоды дефицита с одновременным регулированием передаваемой мощности и фильтрации высших гармоник сетевого напряжения.
Целью данной полезной модели является увеличение функциональных возможностей устройства при одновременном его упрощении.
Поставленная цель достигается тем, что регулятор передаваемой мощности с функцией активного фильтра, содержащий силовой трансформатор, трехфазный выпрямитель, ко входу переменного тока которого присоединена обмотка низкого напряжения силового трансформатора, два трехфазных инвертора на биполярных транзисторах с изолированным затвором, блок управления, блок измерения напряжения, блок измерения мощности, передаваемой по линии электропередачи, причем выходы трехфазного выпрямителя соединены со входами первого и второго трехфазных инверторов на биполярных транзисторах с изолированным затвором, которые подключены соответственно к обмотке низкого напряжения силового трансформатора и к линии электропередачи, при этом обмотка высокого напряжения силового трансформатора подключена к узлу сети переменного тока, дополнительно содержит аккумуляторную батарею большой мощности, например, литий-ионную, соединенную с выходами трехфазного выпрямителя и со входами первого и второго трехфазных инверторов на биполярных транзисторах с изолированным затвором, последовательно соединенные синхронизатор и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к третьему входу блока управления, первый вход которого соединен с первым выходом блока измерения напряжения, второй выход которого подключен ко входу синхронизатора, причем первый выход блока управления подключен к изолированным затворам биполярных транзисторов первого трехфазного инвертора, второй выход блока управления подключен к изолированным затворам биполярных транзисторов второго трехфазного инвертора, выход блока измерения мощности, передаваемой по линии электропередачи, подключен ко второму входу блока управления.
Устройство содержит: узел сети переменного тока 1, участок линии электропередачи 2, силовой трансформатор 3, трехфазный выпрямитель 4, аккумуляторную батарею большой мощности (АББМ) 5, трехфазные инверторы на биполярных транзисторах с изолированным затвором 6, 7, блок измерения напряжения 8, блок измерения мощности 9, блок управления 10, синхронизатор 11, генератор синусоидального напряжения 12.
Силовой трансформатор 3, обмотка высокого напряжения которого присоединена к узлу сети переменного тока 1, а обмотка низкого напряжении - ко входу переменного тока трехфазного выпрямителя 4, соединенного с выходом переменного тока трехфазного инвертора на биполярных транзисторах с изолированным затвором 6, цепь постоянного тока которого включена параллельно АББМ 5, трехфазному выпрямителю 4 и трехфазному инвертору на биполярных транзисторах с изолированным затвором 7, выход которого подключен к линии электропередачи 2. Блок измерения напряжения 8, первый выход которого подключен к первому входу блока управления 10, второй вход которого соединен с выходом блока измерения мощности 9, передаваемой по линии электропередачи 2. Последовательно соединенные синхронизатор 11 и генератор синусоидального напряжения 12, выход которого подключен к третьему входу блока управления 10, второй вход которого соединен с выходом блока измерения мощности 9, передаваемой по линии электропередачи 2, первый выход блока управления 10 подключен к изолированным затворам биполярных транзисторов трехфазного инвертора на биполярных транзисторах 6, второй выход блока управления 10 подключен к изолированным затворам биполярных транзисторов трехфазного инвертора на биполярных транзисторах 7.
Схема устройства приведена на чертеже.
Устройство работает следующим образом. На первичную обмотку силового трансформатора 3 подается высокое напряжение от узла сети переменного тока 1, со вторичной обмотки силового трансформатора 3 низкое напряжение подается на вход трехфазного выпрямителя 4, соединенного с выходом трехфазного инвертора на биполярных транзисторах с изолированным затвором 6.
В режиме накоплении электрической энергии в периоды наличия избыточной (дешевой) энергии от датчика мощности линии электропередачи 2 на вход блока измерения мощности 9, передаваемой по линии электропередачи 2, поступает сигнал, соответствующий нулевому значению мощности, передаваемой по линии электропередачи 2. С выхода блока измерения мощности 9, передаваемой по линии электропередачи 2, на вход 2 блока управления 10 поступает сигнал, активизирующий выход 1 блока управления 10, на вход 1 которого с выхода 1 блока измерения напряжения 8, соединенного с датчиком напряжения в узле сети переменного тока 1, поступает сигнал, соответствующий значениям фазы и амплитуды напряжения в узле сети переменного тока 1. При этом с выхода 2 блока измерения напряжения 8 на вход синхронизатора 11 поступает последовательность импульсов напряжения, фаза которых соответствует заданному значению фазы напряжения в узле сети переменного тока 1, с выхода синхронизатора 11 на вход управления генератора синусоидального напряжения 12 поступают импульсы синхронизации, определяющие фазу эталонного синусоидального напряжения переменного тока, подаваемого на вход 3 блока управления 10, в котором эталонное значение амплитуды напряжения сравнивается со значением амплитуды сигнала на входе 1, ив случае если амплитуда сигнала на входе 1 блока управления 10 больше эталонного значения напряжения на входе 3 блока управления 10, с выхода 1 этого блока на изолированные затворы биполярных транзисторов трехфазного инвертора 6 поступают импульсы управления, изменяющие частоту и длительность открытия биполярных транзисторов трехфазного инвертора 6, с выхода которого напряжение ступенчатой формы, близкой к синусоидальной, подается на обмотку низкого силового трансформатора 3, напряжение обмотки высокого напряжения которого взаимодействует с сетевым напряжением через его реактанс и создает в общей цепи ток. Так как частота несущей широтно-импульсную модуляции (ШИМ) биполярных транзисторов с изолированным затвором трехфазного инвертора 6 превышает частоту всех известных гармонических составляющих сетевого напряжения, фаза и амплитуда этого тока содержит токовые составляющие, компенсирующие сетевые составляющие высших гармоник напряжения в узле сети переменного тока 1. С выходов постоянного тока трехфазного выпрямителя 4 на входы АББМ 5 поступает ток зарядки АББМ (режим активной фильтрации и накопления электрической энергии).
В режиме выдачи в сеть в периоды дефицита электрической энергии от датчика напряжения в узле сети переменного тока 1 на вход 1 блока управления 10 поступает сигнал, активизирующий выход 2 блока управления 10, на вход 2 которого с выхода блока измерения мощности 9, передаваемой по линии электропередачи 2, поступает сигнал, соответствующий значению мощности, передаваемой по линии электропередачи 2. На вход 1 блока управления 10 с выхода 1 блока измерения напряжения 8, соединенного с датчиком напряжения в узле сети переменного тока 1, поступает сигнал, соответствующий значениям фазы и амплитуды напряжения в узле сети переменного тока 1. При этом с выхода 2 блока измерения напряжения 8 на вход синхронизатора 11 поступает последовательность импульсов напряжения, фаза которых соответствует заданному значению фазы напряжения в узле сети переменного тока 1, с выхода синхронизатора 11 на вход управления генератора синусоидального напряжения 12 поступают импульсы синхронизации, определяющие фазу эталонного синусоидального напряжения переменного тока, подаваемого на вход 3 блока управления 10, в котором эталонное значение амплитуды напряжения сравнивается со значением амплитуды сигнала на входе 1, ив случае если амплитуда сигнала на входе 1 блока управления 10 меньше эталонного значения напряжения на входе 3 блока управления 10 с выхода 1 этого блока на изолированные затворы биполярных транзисторов трехфазного инвертора 6 поступают импульсы управления, изменяющие частоту и длительность открытия биполярных транзисторов трехфазного инвертора 6, с выхода которого напряжение ступенчатой формы, близкой к синусоидальной, подается на обмотку низкого напряжения силового трансформатора 3, напряжение обмотки высокого напряжения которого взаимодействует с сетевым напряжением через его реактанс и создает в общей цепи ток. Так как частота несущей ШИМ биполярных транзисторов с изолированным затвором трехфазного инвертора 6 превышает частоту всех известных гармонических составляющих сетевого напряжения, фаза и амплитуда этого тока содержит токовые составляющие, компенсирующие сетевые составляющие высших гармоник напряжения в узле сети переменного тока 1. При этом с выхода 2 блока управления 10 на изолированные затворы биполярных транзисторов трехфазного инвертора 7 поступают импульсы управления, изменяющие частоту и длительность открытия биполярных транзисторов трехфазного инвертора 7, преобразующего напряжение постоянного тока АББМ 5 в переменное напряжение ступенчатой формы, близкой к синусоидальной, которое с выхода трехфазного инвертора на биполярных транзисторах с изолированным затвором 7 подается в линию электропередачи 2, увеличивая (уменьшая) передаваемую по ней активную мощность. В данном режиме устройство выдает и регулирует мощность, передаваемую по линии электропередачи 2 (режим активной фильтрации и выдачи в сеть электрической энергии).
Схема может найти применение в сложных замкнутых сетях крупных мегаполисов, в частности, для резкопеременной нагрузки, например, питания зарядных станций электромобилей.