RU2027278C1 - Reactive power three-phase compensator - Google Patents
Reactive power three-phase compensator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2027278C1 RU2027278C1 SU5040768A RU2027278C1 RU 2027278 C1 RU2027278 C1 RU 2027278C1 SU 5040768 A SU5040768 A SU 5040768A RU 2027278 C1 RU2027278 C1 RU 2027278C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- voltage
- network
- transformer
- windings
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для компенсации реактивной мощности и улучшения качества электроэнергии. The invention relates to electrical engineering, in particular to converting technology, and can be used to compensate for reactive power and improve the quality of electricity.
Известно устройство для улучшения качества электроэнергии [1], которое содержит в каждой фазе однофазный вольтодобавочный трансформатор, имеющий одну удвоенную первичную обмотку со средней точкой и три вторичные обмотки, две из которых выполнены с числом витков, в 2 раза меньше, чем у третьей, причем в каждой фазе содержатся также однофазный управляемый выпрямитель с системой импульсно-фазового управления и однофазный инвертор с синхронизированной с сетью системой управления инвертором. Это устройство обеспечивает независимое регулирование амплитуды в каждой фазе, обеспечивая стабилизацию трехфазного напряжения на заданном уровне при несимметричной нагрузке и несимметричной сети. A device for improving the quality of electricity [1], which contains in each phase a single-phase boost transformer having one doubled primary winding with a midpoint and three secondary windings, two of which are made with the number of turns, is 2 times less than the third, moreover each phase also contains a single-phase controlled rectifier with a pulse-phase control system and a single-phase inverter with an inverter control system synchronized with the network. This device provides independent amplitude control in each phase, providing stabilization of the three-phase voltage at a given level with an asymmetric load and an asymmetric network.
Однако устройство не обеспечивает симметрирование напряжения по фазе, что снижает качество электроэнергии. Кроме того, оно не обеспечивает снижение потребляемой из сети реактивной мощности, а напротив при увеличении углов управления тиристорами управляемых выпрямителей потребляет дополнительную реактивную мощность из каждой фазы сети, увеличивая степень фазовой несимметрии. However, the device does not provide phase voltage balancing, which reduces the quality of electricity. In addition, it does not provide a decrease in the reactive power consumed from the network, but on the contrary, when the control angles of the thyristors of the controlled rectifiers increase, it consumes additional reactive power from each phase of the network, increasing the degree of phase asymmetry.
Известен также трехфазный компенсатор реактивной мощности [2], содержащий трехфазный управляемый выпрямитель с системой импульсно-фазового управления и трехфазный инвертор напряжения с пофазной коммутацией и с синхронизированной с сетью системой управления, а также трехфазный реактор, включенный между сетью и выходом инвертора, и конденсатор, включенный в звено постоянного тока. В этом устройстве тиристоры инвертора включаются так, что основная гармоника его тока опережает на 90о сетевое напряжение, осуществляя тем самым компенсацию реактивной мощности сети.Also known is a three-phase reactive power compensator [2], which contains a three-phase controlled rectifier with a pulse-phase control system and a three-phase voltage inverter with phase-by-phase switching and a control system synchronized with the network, as well as a three-phase reactor connected between the network and the inverter output, and a capacitor, included in the DC link. In this device, the inverter thyristors are turned on so that the main harmonic of its current is 90 ° ahead of the mains voltage, thereby compensating for the reactive power of the network.
Однако этот компенсатор реактивной мощности имеет ограниченные возможности и низкое качество выходного напряжения. Он осуществляет частичную, зависящую от емкости конденсатора компенсацию, которая к тому же нерегулируемая, так как управляемый выпрямитель отключен и не воздействует на амплитуду компенсационной составляющей тока сети. Кроме того, устройство не обеспечивает стабилизацию и симметрирование напряжения нагрузки, что требует применения совместно с ним дополнительных устройств регулирования переменного напряжения. However, this reactive power compensator has limited capabilities and low quality output voltage. It performs partial compensation, depending on the capacitance of the capacitor, which is also unregulated, since the controlled rectifier is turned off and does not affect the amplitude of the compensation component of the network current. In addition, the device does not provide stabilization and balancing of the load voltage, which requires the use of additional variable voltage control devices with it.
Известный трехфазный компенсатор реактивной мощности, взятый за прототип [3], содержит в каждой фазе однофазный выпрямитель, LC-фильтр, однофазный инвертор, выполненный на четырех вентилях, регулятор индуктивного тока, выполненный на двух тиристорах и двух реакторах, а также содержит в каждой фазе синхронизированную с цепью систему управления инвертором и синхронизированную с сетью систему управления регулятором индуктивного тока, которые через элементы сравнения подключены к соответствующим датчикам обратной связи. The well-known three-phase reactive power compensator, taken as a prototype [3], contains in each phase a single-phase rectifier, an LC filter, a single-phase inverter made on four valves, an inductive current regulator made on two thyristors and two reactors, and also contains in each phase the inverter control system synchronized with the circuit and the inductive current controller control system synchronized with the network, which are connected to the corresponding feedback sensors via the comparison elements.
Недостатками устройства являются ограниченные функциональные возможности и низкое качество электроэнергии, питающей нагрузку. Оно не обеспечивает стабилизацию и симметрирование трехфазной системы напряжения нагрузки и вносит большие искажения в форму тока, особенно при изменении угла отпирания тиристоров индуктивного регулятора тока в интервале от π /2 до π радиан в процессе регулирования генерируемой реактивной мощности. The disadvantages of the device are limited functionality and low quality of electricity that feeds the load. It does not provide stabilization and balancing of the three-phase load voltage system and introduces large distortions in the current shape, especially when the thyristor opening angle of the inductive current regulator changes from π / 2 to π radians during the regulation of the generated reactive power.
Целью изобретения является повышение качества электроэнергии за счет симметрирования трехфазной системы выходного напряжения по амплитуде и по фазе. The aim of the invention is to improve the quality of electricity by balancing a three-phase system of the output voltage in amplitude and phase.
Цель достигается тем, что в компенсатор введены три однофазных датчика реактивного тока, три однофазных датчика напряжения, три однофазных измерительных трансформатора тока, трехфазный измерительный трансформатор напряжения и трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены последовательно с первичными обмотками однофазных трансформаторов тока и включены между сетью и нагрузкой, а первичные фазные обмотки подключены к входам однофазных инверторов, причем вторичные обмотки однофазных измерительных трансформаторов тока подключены к токовым входам однофазных датчиков реактивного тока одноименных фаз, входы напряжения которых подключены к двум другим фазам вторичной обмотки трехфазного измерительного трансформатора напряжения с первичной обмоткой, подключенной к сети, а выходы однофазных датчиков реактивного тока соответственно подключены к первым входам синхронизированных с сетью систем управления инверторами, при этом входы элементов сравнения через датчики напряжения подключены к фазам нагрузки, а в качестве выпрямителя используется трехфазный мостовой выпрямитель, подключенный входом к точкам соединения первичных обмоток однофазных измерительных трансформаторов тока и вторичных фазных обмоток трехфазного трансформатора. The goal is achieved by the fact that three single-phase reactive current sensors, three single-phase voltage sensors, three single-phase current measuring transformers, a three-phase voltage measuring transformer and a three-phase transformer, the secondary windings of which are connected in series with the primary windings of single-phase current transformers and are connected between the network and the load, are introduced into the compensator and the primary phase windings are connected to the inputs of single-phase inverters, and the secondary windings of single-phase measuring transformers t they are connected to the current inputs of single-phase reactive current sensors of the same phases, the voltage inputs of which are connected to two other phases of the secondary winding of a three-phase voltage measuring transformer with a primary winding connected to the network, and the outputs of single-phase reactive current sensors are respectively connected to the first inputs of control systems synchronized with the network inverters, while the inputs of the comparison elements through voltage sensors are connected to the phases of the load, and as a rectifier is used trifa ny bridge rectifier input connected to the connection points of the primary windings of single-phase current transformers and secondary phase windings of a three phase transformer.
Такое устройство обладает тем преимуществом, что при компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения на заданном уровне в каждой фазе обеспечивается симметрование трехфазной системы напряжений нагрузки и повышается качество электроэнергии. Кроме того, применение высокочастотной широтно-импульсной модуляции инвертора улучшает форму выходного напряжения, что также способствует улучшению качества электроэнергии. Наконец, в заявляемом устройстве применен трехфазный выпрямитель вместо трех однофазных в прототипе и функция регулирования напряжения возложена на инвертор, что уменьшает количество вентилей выпрямителя и не требует применения регуляторов индуктивного тока, упрощая тем самым схему компенсатора. Указанное повышение качества электроэнергии достигается за счет автоматического регулирования двух параметров - скважности δ и фазы α напряжения однофазных инверторов в зависимости от величины реактивного тока и величины напряжения в каждой фазе. Such a device has the advantage that when compensating for reactive power and stabilizing the voltage at a predetermined level in each phase, a three-phase system of load voltages is balanced and the quality of the electric power is improved. In addition, the use of high-frequency pulse-width modulation of the inverter improves the shape of the output voltage, which also helps to improve the quality of electricity. Finally, in the inventive device, a three-phase rectifier is used instead of three single-phase in the prototype and the voltage regulation function is assigned to the inverter, which reduces the number of rectifier valves and does not require the use of inductive current regulators, thereby simplifying the compensator circuit. The indicated improvement in the quality of electric power is achieved due to the automatic control of two parameters — the duty cycle δ and phase α of the voltage of single-phase inverters, depending on the magnitude of the reactive current and the magnitude of the voltage in each phase.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема силовой части компенсатора реактивной мощности; на фиг. 2 - векторная диаграмма работы компенсатора; на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений инвертора и нагрузки для различных значений δ и α; на фиг. 4 - структурная схема синхронизированной с сетью системы управления инвертором до уровня известных функциональных элементов. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the power section of a reactive power compensator; in FIG. 2 is a vector diagram of the operation of the compensator; in FIG. 3 - time diagrams of the inverter voltage and load for various values of δ and α; in FIG. 4 is a block diagram of an inverter control system synchronized with a network to the level of known functional elements.
Компенсатор состоит из трехфазного трансформатора 1, трех однофазных инверторов 2, 3, 4 с синхронизированными с сетью системами 5, 6, 7 управления, выпрямителя 8, однофазных измерительных трансформаторов 9, 10, 11 тока, трехфазного измерительного трансформатора 12 напряжения, однофазных датчиков 13, 14, 15 реактивного тока, датчиков 16, 17, 18 напряжения нагрузки 19, элементов 20, 21, 22 сравнения. The compensator consists of a three-
На векторной диаграмме фиг. 2 U1A, U1B, U1C - несимметричная трехфазная система напряжений сети, U2A, U2B, U2C - симметричная трехфазная система напряжений на нагрузке; UfA, UfB, UfC - напряжение с выходов инверторов фаз А, В, С соответственно; I1A, I1B, I1C - токи сети в фазах А, В, С, φ2A,φ2B, φ2C - углы между напряжением и током нагрузки фаз А, В, С соответственно.In the vector diagram of FIG. 2 U 1A , U 1B , U 1C - asymmetric three-phase system of network voltage, U 2A , U 2B , U 2C - symmetric three-phase system of voltage at load; U fA , U fB , U fC - voltage from the outputs of the phase inverters A, B, C, respectively; I 1A , I 1B , I 1C - network currents in phases A, B, C, φ 2A , φ 2B , φ 2C - angles between voltage and load current of phases A, B, C, respectively.
На временных диаграммах фиг. 3 U1 - мгновенное значение напряжения сети, U2 - мгновенное значение напряжения на нагрузке и его первой гармоники, Uf, Uf(1) - мгновенное значение напряжения инвертора и его первой гармоники, α - угол регулирования напряжения инвертора относительно напряжения сети, φ - угол между напряжениями сети и нагрузки.In the time diagrams of FIG. 3 U 1 is the instantaneous value of the mains voltage, U 2 is the instantaneous value of the voltage at the load and its first harmonic, U f , U f (1) is the instantaneous value of the inverter voltage and its first harmonic, α is the angle of the inverter voltage regulation relative to the mains voltage, φ is the angle between the mains voltage and the load.
Компенсатор работает следующим образом. The compensator works as follows.
Выходное напряжение компенсатора, например фазы А, , формируется из напряжения сети и напряжения однофазного инвертора 2, UfA δ˙ljα , регулируемого по амплитуде за счет изменения δ и по фазе за счет изменения α. При помощи первичной и вторичной фазных обмоток трехфазного трансформатора 1 выходное напряжение однофазного инвертора 2 уменьшается в коэффициент трансформации Кт раз и прибавляется к напряжению сети. В результате этого напряжение фазы А нагрузки 19 имеет вид
= +KТδ·ejα UfA (1)
Из выражения (1) и из векторной диаграммы (фиг. 2) видно, что амплитуду и фазу вектора напряжения можно регулировать изменением δ и α . В предлагаемом компенсаторе изменение скважности δ осуществляется в функции отклонения реактивного тока от нуля, а регулирование α - в функции отклонения напряжения нагрузки 19 от заданного уровня. При потреблении (генерации) компенсатором реактивной мощности сигнал с выхода однофазного датчика 13 реактивного тока, относящегося к рассматриваемой фазе А, поступает на первый управляющий вход синхронизированной с сетью системы 5 управления однофазного инвертора 2 и увеличивает (уменьшает) скважность δ за счет высокочастотной коммутации с изменением длительности проводящего состояния вентилей однофазного инвертора 2 по синусоидальному закону (фиг. 3), осуществляя тем самым увеличение (уменьшение) угла между напряжением сети и напряжением нагрузки . При этом однофазный датчик 16 напряжения, осуществляя контроль напряжения фазы А , подает сигнал обратной связи на элемент 20 сравнения, на котором этот сигнал сравнивается с сигналом, пропорциональным заданному значению напряжения сети, например номинальному. Разность этих сигналов с выхода элемента 20 сравнения подается на второй управляющий вход синхронизированной с сетью системы 5 управления однофазным инвертором 2, изменяя угол управления α вентилями однофазного инвертора 2. В результате такого целенаправленного воздействия на δ и α вектор напряжения однофазного инвертора 2 2 так формирует свой модуль и аргумент, что вектор является радиусом заданной окружности.The output voltage of the compensator, for example phase A, formed from mains voltage and voltage of a single-
= + K T δ · e jα U fA (1)
From the expression (1) and from the vector diagram (Fig. 2) it can be seen that the amplitude and phase of the voltage vector can be controlled by changing δ and α. In the proposed compensator, the change in the duty cycle δ is carried out as a function of the deviation of the reactive current from zero, and the regulation of α is a function of the deviation of the
Процесс полной компенсации реактивной мощности с одновременной стабилизацией напряжения в двух других фазах происходит аналогично. Такое регулирование напряжения автоматически обеспечивает симметрирование трехфазной системы выходного напряжения. The process of complete compensation of reactive power with simultaneous stabilization of voltage in the other two phases is similar. Such voltage regulation automatically balances the three-phase output voltage system.
На фиг. 4 23 - синхронизирующий трансформатор, 24 - формирователь синхронизирующих импульсов, 25 - генератор линейно изменяющегося напряжения, 26 - компаратор, 27 - дифференциатор, 28 - делитель частоты, 29 - генератор треугольного напряжения, 30 - компаратор, 31 - генератор синусоидальных колебаний, 32, 33 - диоды, 34, 35 - выходные каскады, Uy1a, Uy1b, Uy1c - сигналы управления, поступающие с датчиков 13, 14, 15 реактивной мощности, подключенных к фазам А, В, С сети соответственно, Uy2a, Uy2b, Uy2c - сигналы управления, поступающие с датчиков 16, 17, 18 напряжения, подключенных к фазам А, В, С нагрузки соответственно.In FIG. 4 23 - synchronizing transformer, 24 - generator of synchronizing pulses, 25 - generator of linearly varying voltage, 26 - comparator, 27 - differentiator, 28 - frequency divider, 29 - generator of triangular voltage, 30 - comparator, 31 - generator of sinusoidal oscillations, 32, 33 - diodes, 34, 35 - output stages, U y1a , U y1b , U y1c - control signals coming from
Использование предлагаемого компенсатора реактивной мощности по сравнению с известными позволяет осуществить полную компенсацию реактивной мощности нагрузки и симметрирование выходного напряжения независимо от внешней характеристики сети, а также от величины и характера нагрузки в фазах. Using the proposed reactive power compensator in comparison with the known ones allows full compensation of the load reactive power and balancing of the output voltage regardless of the external characteristics of the network, as well as the magnitude and nature of the load in phases.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5040768 RU2027278C1 (en) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | Reactive power three-phase compensator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5040768 RU2027278C1 (en) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | Reactive power three-phase compensator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2027278C1 true RU2027278C1 (en) | 1995-01-20 |
Family
ID=21603528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5040768 RU2027278C1 (en) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | Reactive power three-phase compensator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2027278C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453964C2 (en) * | 2010-04-06 | 2012-06-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия" | Reactive power compensator |
RU175607U1 (en) * | 2017-03-17 | 2017-12-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы Постоянного Тока" | Three phase active power filter |
-
1992
- 1992-04-30 RU SU5040768 patent/RU2027278C1/en active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 322836, кл. H 02J 3/12, H 02M 5/02, 1970. * |
2. Энергетическая электроника: Справочное пособие. Пер.с нем. Под ред. В.А.Лабунцова. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.243. * |
3. Супронович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок. Пер.с польск. -М.: Энергоатомиздат, 1985, с.114. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453964C2 (en) * | 2010-04-06 | 2012-06-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия" | Reactive power compensator |
RU175607U1 (en) * | 2017-03-17 | 2017-12-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы Постоянного Тока" | Three phase active power filter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kim et al. | New control scheme for AC-DC-AC converter without DC link electrolytic capacitor | |
US5091839A (en) | Method and apparatus for supplying voltage to a three-phase voltage system having a load-carrying neutral conductor with a pulse width modulated three phase invertor | |
US5469044A (en) | Transmission line power flow controller with unequal advancement and retardation of transmission angle | |
KR900008391B1 (en) | Power conversion system | |
Cha et al. | Design and control of Proportional-Resonant controller based Photovoltaic power conditioning system | |
USRE37126E1 (en) | Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources | |
US5465203A (en) | Hybrid series active/parallel passive power line conditioner with controlled harmonic injection | |
US5212630A (en) | Parallel inverter system | |
JP3133386B2 (en) | Control device for current source converter for supplying to AC bus | |
US5808452A (en) | Power flow controller with dc-to-dc converter linking shunt and series connected inverters | |
Somkun | Unbalanced synchronous reference frame control of singe-phase stand-alone inverter | |
Zhou et al. | An inner-loop control method for the filter-less, voltage sensor-less, and PLL-less grid-following inverter-based resource | |
US5814975A (en) | Inverter controlled series compensator | |
Machado et al. | Three-phase to single-phase direct connection rural cogeneration systems | |
US5995391A (en) | Control arrangement for a multilevel convertor | |
JPH0199476A (en) | High frequency link converter | |
WO1991011841A1 (en) | Cycloconvertor equipment | |
Liu et al. | Active damping of power control for grid-forming inverters in LC resonant grids | |
US3424971A (en) | Means for controlling reactive power in an inverter station | |
RU2027278C1 (en) | Reactive power three-phase compensator | |
JP3570913B2 (en) | Control device for semiconductor switch | |
WO1999045623A1 (en) | Apparatus and method for controlling flow of power in a transmission line including stable reversal of power flow | |
US7768241B2 (en) | Device for adjusting the impedance of a high voltage line supplying an alternating current | |
US3955133A (en) | Apparatus for stabilization of electrical power supply mains | |
RU2031511C1 (en) | Reactive power compensator |