Способ управления мощностью статического компенсатора мощности, работающего в сети синусоидального переменного напряжения
METHOD OF CONTROLLING POWER OF A STATIC POWER COMPENSATOR OPERATING IN A SINUSOIDAL ALTERNATING VOLTAGE NETWORK

Изобретение относится к области электрических сетей и может быть использовано в устройствах поперечной компенсации с целью уменьшения потерь электрической энергии, регулирования напряжения в местах установки данных устройств в линию электропередачи (ЛЭП), а также управления мощностью, передаваемой по ЛЭП.
Известен способ управления статическим компенсатором мощности, включающий задание и формирование требуемого реактивного сопротивления статического компенсатора мощности, а также синхронизацию управляющих воздействий по изменению реактивного сопротивления компенсатора с синусоидальным напряжением сети (Патент RU на изобретение №2641643 опубл. 19.01.2018 г.).
Известен способ управления мощностью статического компенсатора мощности, работающего в сети синусоидального переменного напряжения и содержащего последовательное соединение реактивного элемента и управляющего устройства, включающий задание генерируемой статическим компенсатором мощности, измерение напряжения на входных зажимах статического компенсатора мощности, вычисление, соответствующего заданной генерируемой мощности, значения напряжения управляющего устройства, синхронные с напряжением сети воздействия на управляющее устройство, обеспечивающие формирование вычисленного значения его напряжения (Патент RU на изобретение №2675620 опубл. 21.12.2018 г.). Этот способ выбран в качестве прототипа.
Общий недостаток известных способов (аналога и прототипа) состоит в том, что они позволяют изменять только реактивную составляющую мощности статического компенсатора, оставляя неизменной ее активную составляющую.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей статического компенсатора мощности, позволяющее регулировать как реактивную, так и активную мощность статического компенсатора и, соответственно, линии электропередачи в точке подключения к ней статического компенсатора мощности.
Предметом изобретения является способ управления мощностью статического компенсатора мощности, работающего в сети синусоидального переменного напряжения и содержащего последовательное соединение реактивного элемента и управляющего устройства, включающий задание генерируемой статическим компенсатором мощности, измерение напряжения на входных зажимах статического компенсатора мощности, вычисление, соответствующего заданной генерируемой мощности, значения напряжения управляющего устройства, синхронные с напряжением сети воздействия на управляющее устройство, обеспечивающие формирование вычисленного значения его напряжения, отличающийся тем, что напряжение управляющего устройства формируют с фазовым сдвигом относительно напряжения сети.
Изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что напряжение управляющего устройства формируют путем суммирования мгновенных значений двух регулируемых синусоидальных напряжений, сдвинутых относительно друг друга на 90 электрических градусов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 и фиг. 3 приведены векторные диаграммы напряжений и токов в основных точках схемы, представленной на фиг. 1.
На фиг. 1 сеть синусоидального переменного напряжения отображена источником синусоидального переменного напряжения 1, параллельно которому своими зажимами 2 и 3 подключен статический компенсатор мощности 4, содержащий последовательно соединенные управляющее устройство 5 и реактивный элемент 6.
К управляющему входу устройства 5 подключен выход системы управления 7. Входы системы управления 7 соединены с выходом датчика напряжения 8, измеряющего напряжение на зажимах 2 и 3 статического компенсатора мощности 4, и с выходом блока 9 задания мощности компенсатора 4. Общая точка последовательно соединенных устройства 5 и элемента 6 обозначена на фиг. 1 цифрой 10.
Заявляемый способ управления осуществляется следующим образом.
2-10
2-3
2-3
2-10
2-10
2-3
10-3
2-3
2-10
с
10-3
с
2-3
2-3
10-3
Полная мощность, генерируемая компенсатором мощности 4, определяется величиной реактивного сопротивления элемента 6, величиной синусоидального напряжения U, формируемого устройством 5 между точками 2 и 10, а также сдвигом фазы этого напряжения по отношению к синусоидальному напряжению U на зажимах 2-3. В качестве элемента 6 могут выступать как индуктивный реактор, так и конденсатор. Мгновенное значение синусоидального напряжения, приложенного к элементу 6, определяется алгебраической суммой мгновенных значений напряжения U и напряжения U, формируемого устройством 5 между зажимом 2 и точкой 10. В рассматриваемом на фиг. 2 примере предполагается, что напряжение U управляющего устройства 5 опережает на 90 электрических градусов напряжение U. На векторной диаграмме, построенной в комплексной плоскости, напряжение U на реактивном элементе 6 определяется векторной суммой двух, сдвинутых по фазе на 90 электрических градусов векторов напряжений U и U. Если в качестве реактивного элемента 6 используется конденсатор, то вектор тока I, протекающего через элемент 6, будет опережать вектор напряжения U на элементе 6, на 90 электрических градусов. Как видно из фиг. 2 угол сдвига фаз между током I и напряжением U превышает 90 электрических градусов на угол ψ между напряжениями U и U.
2-10
2-3
В общем случае, напряжение U, сформированное устройством 5, может иметь произвольный угол сдвига фазы относительно напряжения U, как это показано на фиг. 3.
2-3
с
2-3
Комплексные значения напряжения U и тока I компенсатора мощности 4 определяются согласно, выражениями (1) и (2), а его полная мощность S вычисляется по выражению (3).
2-3
10-3
Как следует из выражения (3), при наличии угла сдвига ψ между напряжениями U и U, компенсатор мощности 4 формирует на зажимах 2-3 не только реактивную мощность, определяемую вторым членом в правой части выражения (3), но и активную мощность, определяемую первым членом в правой части выражения (3).
2-3
2-10
2-3
При получении от блока 9 нового заданного значения требуемой от компенсатора 4 мощности S, система управления 7 определяет (вычисляет), например, требуемую величину (действующее значение) синусоидального напряжения U, формируемого на выходе управляющего устройства 5, и его фазовый сдвиг относительно напряжения U на зажимах 2-3 статического компенсатора мощности 4 и передает на вход управления устройства 5 соответствующее управляющее воздействие.
2-10
2-3
2-10
2-3
В другом частном случае для формирования комплексного напряжения U с фазовым сдвигом относительно напряжения U сети могут быть использованы два регулируемых по модулю синусоидальных напряжения, сдвинутые по фазе на 90 электрических градусов. В трехфазных электрических сетях в качестве таких напряжений могут быть использованы фазное напряжение одной фазы (например, напряжение Ua фазы А) и линейное напряжение между двумя другими фазами (например, напряжение Ubc - между фазами В и С). На векторной диаграмме трехфазной системы эти напряжения всегда перпендикулярны друг относительно друга. Таким образом, применение раздельного регулирования величин (модулей) этих напряжений в управляющем устройстве 5 позволит регулировать не только величину (модуль) напряжения комплексного напряжения U, но и фазовый сдвиг этого напряжения относительно напряжения U в диапазоне от 0 до 360 электрических градусов.
2-10
Для сокращения длительности переходных процессов управляющие воздействия на устройство 5, обеспечивающие формирование вычисленных значений величины и фазового сдвига комплексного напряжения U, выполняют синхронно с напряжением сети, информация о котором, поступает на вход системы управления 7 с выхода датчика напряжения 8. Моменты синхронного воздействия выбирают в зависимости от вида элемента 6 (индуктивный реактор или конденсатор), используемого в составе компенсатора мощности 4.
2-10
2-3
Из вышеизложенного видно, что формирование напряжения управляющего устройства 5 (напряжения U) с фазовым сдвигом относительно напряжения сети (напряжение U) позволяет управлять по заявляемому способу не только реактивной, но и активной мощностью компенсатора мощности 4.
Таким образом, использование совокупности признаков заявляемого способа управления позволяет регулировать как реактивную, так и активную мощности в точке подключения статического компенсатора мощности к линии электропередачи.