RU2015602C1

RU2015602C1 - Control system for static thyristorized compensator

Info

Publication number: RU2015602C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Е. Варецкий; В.Г. Гапанович; Ю.А. Кенс
Original assignee: Львовский политехнический институт
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: electric technique, electric power supply systems. SUBSTANCE: static thyristorized compensator control system having a phase-wise control system to first inputs of which outputs of a regulator are connected and outputs of which are connected to control terminals of thyristorized units of the static compensator is provided with six voltage dividers interconnected between the terminals of thyristorized units and ground, with three comparison devices and a reference voltage device so as to provide a forced switching-on of the thyristors at the moment of occurrence of hazardous overvoltages at the outputs of thyristorized unit. EFFECT: reduced number of thyristors connected in series, reduced cost. 5 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для использования в системах компенсации реактивной мощности быстроизменяющихся нагрузок. The invention relates to the electric power industry and is intended for use in reactive power compensation systems of rapidly changing loads.

Известны схемы, обеспечивающие принудительное включение тиристоров при повышении напряжения на его выводах [1, 2]. Однако эти схемы подключаются непосредственно к высокому потенциалу. В случае высоковольтных тиристорных блоков необходимо значительно усложнять его конструкцию, что приводит к снижению надежности. Кроме того, такая защита плохо работает в условиях быстронарастающих перенапряжений. Указанные факторы предопределили ее непригодность в схемах высоковольтных блоков статических тиристорных компенсаторов. Known circuits for the forced inclusion of thyristors with increasing voltage at its terminals [1, 2]. However, these circuits are connected directly to high potential. In the case of high-voltage thyristor blocks, it is necessary to significantly complicate its design, which leads to a decrease in reliability. In addition, such protection does not work well in conditions of rapidly growing overvoltages. These factors predetermined its unsuitability in the circuits of high-voltage blocks of static thyristor compensators.

Наиболее близкой по технической сущности является система пофазного регулирования статического тиристорного компенсатора [3], содержащая систему пофазного управления, на входы которой включены выходы регулятора, а выходы подключены к управляющим выводам тиристорных блоков статического тиристорного компенсатора, и позволяющая осуществлять независимое регулирование тиристорных блоков по фазам. The closest in technical essence is the phase-by-phase control system of the static thyristor compensator [3], which contains a phase-by-phase control system, the inputs of which are connected to the controller outputs, and the outputs are connected to the control terminals of the thyristor blocks of the static thyristor compensator, and allowing independent thyristor phase control of the phases.

Недостатком известной системы регулирования является невозможность принудительного зажигания тиристоров в случае появления на них недопустимых перенапряжений, вследствие чего приходится увеличивать количество тиристоров в плечах тиристорных блоков до уровня, определяемого коммутационными перенапряжениями на шинах присоединения статического тиристорного компенсатора. Это снижает надежность и экономичность тиристорных блоков. A disadvantage of the known regulation system is the impossibility of forced ignition of the thyristors in the event of unacceptable overvoltages on them, as a result of which it is necessary to increase the number of thyristors in the arms of the thyristor units to a level determined by the switching overvoltages on the connection buses of the static thyristor compensator. This reduces the reliability and efficiency of thyristor units.

Целью изобретения является повышение надежности работы тиристорных блоков статического тиристорного компенсатора. The aim of the invention is to increase the reliability of the thyristor blocks of a static thyristor compensator.

Это достигается тем, что система регулирования статического тиристорного компенсатора, содержащая систему пофазного регулирования, на первые входы которой включены выходы регулятора, а выходы подключены к управляющим выводам тиристорных блоков статического тиристорного компенсатора, снабжена шестью делителями напряжения, подключенными между выводами тиристорных блоков и землей, тремя устройствами сравнения, устройством опорного напряжения, причем выходы делителей напряжения каждой фазы включены на первые два входа устройств сравнения, на третьи входы которых подключен выход устройства опорного напряжения, а выходы устройств сравнения включены на вторые входы системы пофазного управления. This is achieved by the fact that the control system of the static thyristor compensator, containing a phase-by-phase control system, at the first inputs of which the controller outputs are connected, and the outputs are connected to the control terminals of the thyristor blocks of the static thyristor compensator, are equipped with six voltage dividers connected between the terminals of the thyristor blocks and ground, three comparison devices, a voltage reference device, and the outputs of the voltage dividers of each phase are included on the first two inputs of the devices eniya on the third inputs of which are connected to the reference voltage output unit and outputs comparison devices included in the second inputs per phase control system.

На фиг. 1 показана принципиальная схема статического тиристорного компенсатора и системы регулирования; на фиг. 2 - структурная схема устройства сравнения; на фиг. 3 - зона и принцип действия устройства; на фиг. 4 - принцип координации напряжений, воздействующих на тиристорный блок; на фиг. 5 - фрагмент осциллограммы тока реактора тиристорно-реакторной группы при срабатывании устройства. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a static thyristor compensator and control system; in FIG. 2 is a structural diagram of a comparison device; in FIG. 3 - zone and principle of operation of the device; in FIG. 4 - the principle of coordination of voltages acting on the thyristor unit; in FIG. 5 is a fragment of the waveform of the current of the reactor of the thyristor-reactor group when the device is triggered.

Статический тиристорный компенсатор содержит фильтрокомпенсирующую цепь 1, состоящую из конденсаторных батарей 2 и фильтровых реакторов 3, тиристорно-реакторную группу 4, соединенную в треугольник и состоящую из реакторов 5 и тиристорных блоков 6, систему 7 пофазного управления, регулятор 8, устройства 9 сравнения, делители 10 напряжения, устройство 11 опорного напряжения. The static thyristor compensator contains a filter-compensating circuit 1, consisting of capacitor banks 2 and filter reactors 3, a thyristor-reactor group 4 connected in a triangle and consisting of reactors 5 and thyristor units 6, a phase-by-stage control system 7, a regulator 8, comparison devices 9, dividers 10 voltage, the device 11 is a reference voltage.

Тиристорно-реакторная группа и фильтрокомпенсирующая цепь подключены к шинам А, В, С сети переменного тока. На управляющие входы тиристорных блоков 6 включены выходы системы 7 пофазного управления, на первые входы которой включены выходы регулятора 8. На вторые входы системы 7 включены выходы устройств 9 сравнения, на первые два входа которых включены выходы делителей 10 напряжения каждой фазы соответственно, а на третьи входы - выход устройства 11 опорного напряжения. The thyristor-reactor group and the filter-compensating circuit are connected to the busbars A, B, C of the AC network. The control inputs of the thyristor blocks 6 include the outputs of the phase-by-phase control system 7, the first inputs of which include the outputs of the regulator 8. The second inputs of the system 7 include the outputs of the comparison devices 9, the first two inputs of which include the outputs of the voltage dividers 10 of each phase, respectively, and the third inputs - the output of the device 11 of the reference voltage.

Устройство сравнения 9 содержит защитные разрядники 12, согласующие сопротивления 13, подводящие кабели 14, формирователь напряжения на тиристорах 15, формирователи 16 и 17 модуля напряжения, элемент 18 сравнения, нуль-индикатор 19, исполнительный элемент 20. Выходы делителей напряжения 10 подключены через согласующие сопротивления 13 и кабели 14 на входы формирователя 15 напряжения, выход которого через формирователи 16 и 17 модуля напряжения включен на один из входов элемента 18 сравнения, на второй вход которого подключено устройство 11 опорного напряжения. Выход элемента сравнения 18 включен через нуль-индикатор 19 и исполнительный элемент 20 к системе 7 управления. Comparison device 9 contains protective arresters 12, terminating resistors 13, supply cables 14, voltage driver on thyristors 15, voltage modifiers 16 and 17, element 18 for comparison, zero indicator 19, actuator 20. The outputs of voltage dividers 10 are connected through terminating resistors 13 and cables 14 to the inputs of the voltage driver 15, the output of which through the drivers 16 and 17 of the voltage module is connected to one of the inputs of the comparison element 18, to the second input of which the voltage reference device 11 is connected zheniya. The output of the comparison element 18 is connected via a null indicator 19 and an actuating element 20 to the control system 7.

Устройство работает следующим образом. В зависимости от закона регулирования, задаваемого регулятором 8, изменяется угол регулирования тиристорного блока 6, что приводит к изменению тока реактора 5 каждой из фаз тиристорно-реакторной группы 4. При этом в нормальном режиме работы угол регулирования может принимать значения от 0 до 90^о. В зависимости от значения угла регулирования α изменяется и форма напряжения U_в, приложенного к тиристорным блокам 6 (см. фиг. 3).The device operates as follows. Depending on the control law defined by controller 8 varies the angle regulating thyristor unit 6, which leads to a change of the reactor current 5 each phase thyristor-reactor group 4. In the normal operation, the angle adjustment can take values from 0 to ^90. Depending on the value of the control angle α, the shape of the voltage U _in applied to the thyristor blocks 6 also changes (see Fig. 3).

Во время бестоковых пауз Δ t в фазах тиристорно-реакторной группы к тиристорам может прикладываться не только напряжение сети, но и волны коммутационных или атмосферных перенапряжений, амплитуды которых находятся на уровне пределов срабатывания разрядников, установленных на шинах присоединения статического компенсатора. Как показали исследования, из-за разбросов характеристик разрядников в тиристорном блоке приходится устанавливать последовательно количество тиристоров, рассчитанное на амплитуду примерно двойного напряжения сети. During currentless pauses Δ t in the phases of the thyristor-reactor group, not only the mains voltage can be applied to the thyristors, but also waves of switching or atmospheric overvoltages, the amplitudes of which are at the level of the operation limits of the arresters installed on the connection buses of the static compensator. As studies have shown, due to the variation in the characteristics of the arresters in the thyristor unit, it is necessary to establish in series the number of thyristors, calculated on the amplitude of approximately double the mains voltage.

В результате исследования влияния волн коммутационных (100 х 2 ˙10³мкс, U_м=2 о.е.) и атмосферных перенапряжений (1 х 40 мкс, U_м=2 о.е.) на закрытые тиристорные блоки установлено, что из-за наличия демпфирующих цепей и собственных емкостей скорость нарастания напряжения при этом на отдельных тиристорах в обоих случаях не превышает 50 В/мкс, амплитуда - 2 о.е. (расчеты проведены для тиристорных блоков 35 кВ). Это делает возможным использовать для защиты тиристоров от перенапряжений принудительное зажигание тиристоров на основе координации напряжений (на фиг. 4), где U_мр - максимальное рабочее напряжение; U_з - пороговое напряжение, задаваемое устройством опорного напряжения 11; U_т - напряжение, при котором подается импульс зажигания на тиристор; U_вт - напряжение включения тиристора; t₁ - время задержки срабатывания контура защиты (устройств 9 и 7); t_в - время включения тиристора. При расчетном значении скорости нарастания напряжения, полученном времени t₁ и существующих временах включения тиристоров t_в возможно уменьшить количество последовательных тиристоров до уровня, который определяется только коммутационным выбросом при нормальной работе тиристорного блока и неравномерностью распределения по отдельным тиристорам, учитывая некоторый запас.As a result of studying the influence of switching waves (100 x 2 ˙10 ³ μs, U _m = 2 pu) and atmospheric overvoltages (1 x 40 μs, U _m = 2 pu) on closed thyristor blocks, it was found that from - due to the presence of damping circuits and intrinsic capacitances, the voltage rise rate at the same time on individual thyristors in both cases does not exceed 50 V / μs, the amplitude is 2 p.u. (calculations were performed for thyristor units 35 kV). This makes it possible to use forced ignition of thyristors based on voltage coordination (in Fig. 4) to protect thyristors from overvoltages, where U _Mr is the maximum operating voltage; U _s - threshold voltage specified by the device of the reference voltage 11; U _t - voltage at which the ignition pulse is supplied to the thyristor; U _W - thyristor turn-on voltage; t ₁ is the delay time of the protection circuit (devices 9 and 7); t _in - turn on time of the thyristor. With the calculated value of the voltage rise rate obtained at time t ₁ and the existing thyristor turn-on times t _in, it is possible to reduce the number of consecutive thyristors to a level that is determined only by the switching output during normal operation of the thyristor unit and the uneven distribution of individual thyristors, taking into account a certain margin.

Устройство сравнения 9 подключено к выводам тиристорного блока 6 через активно-емкостные детали напряжения 10 (фиг. 2). Постоянная времени делителей напряжения должна обеспечивать минимальное искажение измеряемого импульса, пропорциональное значение которого подается через согласующие сопротивления 13 и измерительные кабели 14 на вход формирователя 15 напряжения, который выполнен на тиристорном ключе. The comparison device 9 is connected to the terminals of the thyristor unit 6 through the active-capacitive parts of the voltage 10 (Fig. 2). The time constant of the voltage dividers should provide minimal distortion of the measured pulse, the proportional value of which is supplied through the matching resistance 13 and the measuring cables 14 to the input of the voltage former 15, which is made on a thyristor key.

В зависимости от полярности измеряемого импульса срабатывает один из формирователей 16 или 17 модуля напряжения, которые выполнены на основе операционных усилителей. В качестве элемента 18 сравнения использован серийный триггер. Исполнительный элемент 20 представляет собой компаратор с открытым коллекторным выходом. Depending on the polarity of the measured pulse, one of the formers 16 or 17 of the voltage module is triggered, which is based on operational amplifiers. As a comparison element 18, a serial trigger is used. The actuator 20 is a comparator with an open collector output.

Пример срабатывания устройства показан на фиг. 5, где U_н - импульсная волна перенапряжения, ( -α_ср ) - принудительный угол включения тиристорного блока. При таком включении максимальное значение амплитуды тока может достигать 2I_α=0 , если угол включения α =-90^о.An example of the operation of the device is shown in FIG. 5, where U _n is the surge surge wave, (-α _sr ) is the forced switching angle of the thyristor unit. With this inclusion, the maximum value of the current amplitude can reach 2I _{α = 0} , if the inclusion angle α = -90 ^about .

Использование системы регулирования, обеспечивающей защиту тиристоров статического тиристорного компенсатора от перенапряжений путем принудительного зажигания тиристоров, позволит снизить количество последовательных тиристоров в блоке примерно на 15-20%, что удешевит его конструкцию. Такая система регулирования может быть применена к любым серийным тиристорным блокам и не требует выполнения специальной их конструкции, она надежно работает при любых скоростях нарастания и мощностях импульсов перенапряжений. The use of a control system that protects the thyristors of a static thyristor compensator against overvoltages by forced ignition of thyristors will reduce the number of consecutive thyristors in a block by about 15-20%, which will reduce the cost of its design. Such a control system can be applied to any serial thyristor units and does not require their special design; it works reliably at any slew rates and surge voltage powers.

Claims

REGULATING SYSTEM OF THE STATIC THYRISTOR COMPENSATOR, containing a phase-by-phase control system connected by outputs to the control terminals of the compensator thyristors, and inputs - to the controller outputs, characterized in that, in order to increase reliability, it is equipped with six voltage dividers connected between the power terminals of the thyristor units and the terminals for connection to the ground, three comparison devices and a reference voltage source, and the outputs of the voltage dividers of each phase are connected to the first and second input comparison devices, to the third inputs of which a reference voltage source is connected, the outputs of the comparison devices are connected to the second inputs of the phase-by-phase control system, while the comparison device is made in the form of two terminating resistors, the first conclusions of which are inputs of the comparison devices, and the second conclusions are connected to the inputs of the driver the voltage at the thyristors, the output of which is connected to the inputs of two formers of the voltage module, the outputs of which are connected to the first input of the comparison element, the second input of which oh is the third input of the comparison device, the output of the comparison element through a zero indicator is connected to the actuating element, which is the output of the comparison device.