PL226587B1

PL226587B1 - The follow-up circuit of basic harmonic wattless power compensation with adjustable value together with filtering of higher harmonic in the medium or high voltage power grid

Info

Publication number: PL226587B1
Application number: PL408623A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Lange
Original assignee: Univ Warmińsko Mazurski W Olsztynie
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2017-08-31
Also published as: PL408623A1

Abstract

Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia charakteryzuje się tym, że składa się z transformatora zasilającego (1), transformatora filtrującego (2) o jednym uzwojeniu średniego (SN) lub wysokiego napięcia (WN) i jednego uzwojenia niskiego napięcia (nn), do którego dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych (3) wyposażonych w dwa triaki baterie kondensatorów (4) połączone w trójkąt, przy czym triaki podłączone są w dwie dowolne fazy, a trzecia faza jest podłączona bezpośrednio do kondensatora (4).The follow-up system for reactive power compensation of the fundamental harmonic of adjustable value, together with the filtering of the higher harmonic in the medium or high voltage power grid, is characterized by the fact that it consists of a supply transformer (1), a filtering transformer (2) with one medium winding (MV) or high voltage (HV) and one low voltage (LV) winding, to which the low voltage windings are connected by means of thyristor switches (3) equipped with two triacs, capacitor banks (4) connected in delta, with triacs connected in any two phases and the third phase is connected directly to the capacitor (4).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej, w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia. Od lat 90-tych coraz częściej w urządzeniach powszechnego użytku (AGD, RTV, oświetlenie, zasilacze) stosowane są odbiorniki zawierające w sobie układy energoelektroniczne stosowane do regulacji i zasilania tych urządzeń. Wszystkie te urządzenia pobierają z sieci nie tylko moc czynną, ale również moc bierną indukcyjną, jak również generują do sieci wyższe harmoniczne prądów. Ze względu na powszechność użytkowania tych urządzeń w sieci średnich i wysokich napięć występuje częsta i gwałtowna zmiana poboru mocy biernej podstawowej harmonicznej. Należy więc w tych sieciach zastosować układy kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej i filtracji wyższych harmonicznych reagujące w sposób nadążny nad tymi zmianami.The subject of the invention is a follow-up system for reactive power compensation of the fundamental harmonic with an adjustable value, together with higher harmonic filtering, in a medium or high voltage power grid. Since the 90s, receivers containing power electronics systems used to regulate and power these devices have been used more and more often in household appliances (household appliances, audio / video devices, lighting, power supplies). All these devices receive from the network not only active power, but also inductive reactive power, and generate higher harmonics of currents to the network. Due to the common use of these devices in medium and high voltage networks, there is a frequent and rapid change in the basic harmonic reactive power consumption. Therefore, in these networks it is necessary to apply the basic harmonic reactive power compensation systems and filtration of higher harmonics, which react in a way that follows these changes.

W zakładach przemysłowych, w których występują odbiorniki o dużych mocach (maszyny wyciągowe w kopalniach oraz piece łukowe w hutach), jak również charakter ich pracy powoduje szybkie zmiany poboru mocy czynnej i biernej podstawowej harmonicznej oraz generację wyższych harmonicznych prądów konieczne jest zastosowanie układu nadążnego kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej i filtrującego wyższe harmoniczne prądów.In industrial plants with high-power loads (hoisting machines in mines and arc furnaces in steel mills), as well as the nature of their work, the nature of their work causes rapid changes in the active and reactive power consumption of the fundamental harmonics and the generation of higher harmonic currents, it is necessary to use a follow-up power compensation system reactive fundamental harmonic and filtering higher harmonics of currents.

Znany jest patent PL 168833 „Układ kompensacji mocy biernej w przemysłowych sieciach elektroenergetycznych średnich napięć”. Bateria kondensatorów o regulowanej pojemności w tym rozwiązaniu podłączana jest poprzez styczniki próżniowe po stronie niskiego napięcia. W tym rozwiązaniu nie opisano i nie rozwiązano problemu kompensacji układów szybkozmiennych. Czas reakcji tego układu kompensacyjnego jest ograniczony czasem rozładowania kondensatorów tj. 1 min. Czas taki jest zbyt długi dla kompensacji urządzeń szybkozmiennych.The patent PL 168833 "Reactive power compensation system in medium voltage industrial power networks" is known. The capacitor bank with adjustable capacity in this solution is connected via vacuum contactors on the low voltage side. This solution does not describe and solve the problem of fast-changing systems compensation. The reaction time of this compensation system is limited by the discharge time of the capacitors, i.e. 1 min. This time is too long for the compensation of fast-changing devices.

Również w rozwiązaniu PL 156614 „Układ nadążnej kompensacji mocy biernej” zastosowano układ komutacyjny tyrystorowy po stronie niskiego napięcia, jednak układ ten nie stanowi układu filtracyjnego dla danej wyższej harmonicznej.Also in the solution PL 156614 "System of follow-up compensation of reactive power" a thyristor commutation system was used on the low voltage side, however, this system does not constitute a filtering system for a given higher harmonic.

Znany jest z opisu patentowego PL 207658 pasywny filtr LC 2-giego rzędu średnich i wysokich napięć, realizowany jako szeregowe połączenie elementu pojemnościowego „C” i elementu indukcyjnego „L”, który charakteryzuje się tym, że element pojemnościowy „C” tworzą baterie kondensatorów niskich napięć, a element indukcyjny „L” tworzy 1-no lub 3-fazowy transformator.It is known from the patent description PL 207658 a passive LC filter of the 2nd order of medium and high voltages, implemented as a series connection of the capacitive element "C" and the inductive element "L", which is characterized by the fact that the capacitive element "C" consists of low capacitor banks voltages, and the inductor "L" forms a 1 or 3-phase transformer.

Według wynalazku nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia wyposażony w transformator o jednym uzwojeniu średniego lub wysokiego napięcia i uzwojenia niskiego napięcia, do którego dołączono po stronie uzwojenia niskiego napięcia za pomocą stycznika baterie kondensatorów charakteryzuje się tym, że baterie kondensatorów dołączone po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych wyposażonych w dwa triaki, połączone są w trójkąt, przy czym triaki podłączone są w dwie dowolne fazy, a trzecia faza jest podłączona bezpośrednio do kondensatora.According to the invention, a follow-up system for reactive power compensation of the fundamental harmonic with an adjustable value, along with the higher harmonic filtration in the medium or high voltage power grid, equipped with a transformer with one medium or high voltage winding and a low voltage winding, to which is connected on the low voltage winding side by means of of the contactor, the capacitor banks are characterized by the fact that the capacitor banks connected on the side of the low voltage windings by thyristor switches equipped with two triacs, are connected in a delta, the triacs are connected in any two phases, and the third phase is connected directly to the capacitor.

Zaletą wynalazku jest jego podwójna funkcja występująca jako nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości z czasem regulacji 30 ms oraz układ filtru dostrojonego LC wyższej harmonicznej. Takie rozwiązanie umożliwiło kompensację mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości na poziomie średniego lub wysokiego napięcia przy wykorzystaniu urządzeń niskonapięciowych. Obniżenie napięcia na kondensatorach umożliwia zastosowanie tańszych urządzeń, tj. kondensatorów i tyrystorów niskonapięciowych, mimo kompensacji na średnim lub wysokim napięciu. Kompensacja nadążna na poziomie wysokiego napięcia (tj. 110 kV, 220 kV lub 400 kV) za pomocą łączników tyrystorowych nie jest możliwa ze względu na brak tyrystorów na takie wartości napięć. Problemem jest również stosowanie bardzo kosztownych tyrystorów średnich napięć (dla sieci 15 kV lub 20 kV). Zastosowanie łączników tyrystorowych powoduje ograniczenie prądu udarowego podczas załączania baterii kondensatorów. Przy załączeniu przez stycznik prąd wynosi czterokrotność prądu znamionowego (4'/_n) (fig. 4), a przy załączaniu przez łącznik tyrystorowy półtorej krotną wartość prądu znamionowego (1,5’/_n) (fig. 5). Załączenie baterii kondensatorów sterowanych za pomocą styczników może nastąpić po ich rozładowaniu do napięcia 75 V - tj. po czasie 3 min, gdyż w przeciwnym przypadku prądy udarowe będą miały większe wart ości niż na fig. 4, jak również może następować uszkodzenie jednostek kondensatorowych. Zastosowanie łączników tyrystorowych umożliwia załączenie baterii kondensatorów nawet po jednym okresie napięcia zasilającego od ich wyłączenia - tj. po 20 ms.The advantage of the invention is its dual function as a follow-up circuit of reactive power compensation of the fundamental harmonic with an adjustable value with a regulation time of 30 ms and a circuit of a tuned LC higher harmonic filter circuit. This solution made it possible to compensate the reactive power of the fundamental harmonic with an adjustable value at the medium or high voltage level using low-voltage devices. Lowering the voltage on the capacitors allows the use of cheaper devices, i.e. low-voltage capacitors and thyristors, despite compensation for medium or high voltage. Follow-up compensation at the high voltage level (ie 110 kV, 220 kV or 400 kV) with thyristor switches is not possible due to the lack of thyristors for such voltage values. Another problem is the use of very expensive medium voltage thyristors (for 15 kV or 20 kV networks). The use of thyristor switches limits the surge current when switching capacitor banks. When switched on via a contactor, the current is four times the rated current (4 '/ _n ) (Fig. 4), and when switched on via a thyristor switch, the current is 1.5 times the rated current (1.5' / _n ) (Fig. 5). The switching on of the capacitor banks controlled by the contactors may take place after their discharge to a voltage of 75 V - ie after 3 minutes, otherwise the surge currents will be higher than in Fig. 4, and the capacitor units may also be damaged. The use of thyristor switches enables the capacitor banks to be switched on even after one period of the supply voltage from their switching off - i.e. after 20 ms.

PL 226 587 B1PL 226 587 B1

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunkach, na których fig. 1 pokazuje schemat ogólny nadążnego układu kompensacji mocy biernej wraz z kompensacją i filtracją wyższych harmonicznych w sieci elektroenergetycznych, fig. 2 - schemat jednokreskowy - dla poszczególnych faz, fig. 3 - schemat zastępczy - dla jednej fazy, fig. 4 przedstawia prąd załączenia kondensatorów za pomocą stycznika, a fig. 5 - prąd załączania kondensatorów przez łącznik tyrystorowy.The subject of the invention is presented in the drawings, in which Fig. 1 shows a general diagram of the follow-up reactive power compensation system together with the compensation and filtration of higher harmonics in power networks, Fig. 2 - single-line diagram - for individual phases, Fig. 3 - substitute diagram - for in one phase, Fig. 4 shows the switching current of the capacitors by means of the contactor, and Fig. 5 - the switching current of the capacitors through the thyristor switch.

Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia składa się z transformatora zasilającego 1, transformatora filtrującego 2 o jednym uzwojeniu średniego SN lub wysokiego napięcia WN i jednym uzwojeniu niskiego napięcia nn, do którego dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych 3 baterie kondensatorów 4 połączonych w trójkąt. Każdy łącznik tyrystorowy składa się z dwóch triaków 5 podłączonych w dwie dowolne fazy. Trzecia faza jest podłączona bezpośrednio do kondensatora. Transformator zasilający 1 obniża napięcie z wysokiego WN, na średnie SN lub wysokie o niższym napięciu, np. transformator w stacji wysokich napięć. Kondensatory 4 są podłączone do wtórnych uzwojeń transformatora filtrującego 2, tak że każdy trójfazowy kondensator 4 jest podłączony do uzwojenia transformatora 2 za pomocą łącznika tyrystorowego. Transformator 2 pełni w tym układzie podwójną rolę. Jego pierwszą rolą jest obniżenie napięcia zasilającego kondensatory 4 trójfazowe, drugą stanowi funkcja reaktancji indukcyjnej, analogicznej do funkcji dławika ochronnego w układzie filtra LC. Zadaniem całego układu kompensacyjnego, widzianego ze strony średniego napięcia SN, jest kompensacja mocy biernej podstawowej harmonicznej oraz filtracja jednej wyższej harmonicznej za pomocą filtra LC. Transformator filtracyjny 2 wraz z trójfazowymi kondensatorami 4 stanowią filtr LC wyższej harmonicznej, najczęściej najniższego rzędu, jaki występuje w sieci elektroenergetycznej średniego napięcia. Kondensatory 4 podłączane są do indukcyjności wtórnego uzwojenia transformatora filtrującego 2 za pomocą łączników tyrystorowych 3, które w nadążny sposób reagują na zmiany zapotrzebowania na moc bierną.The follow-up system of reactive power compensation of the fundamental harmonic with an adjustable value, together with the higher harmonic filtration in the MV or HV power grid, consists of a supply transformer 1, a filter transformer 2 with one MV or HV high voltage winding and one LV low voltage winding, up to 3 capacitor banks 4 delta-connected on the side of the low voltage windings with thyristor switches. Each thyristor switch consists of two triacs 5 connected to any two phases. The third phase is connected directly to the capacitor. Power transformer 1 lowers the voltage from HV to medium MV or to high voltage with a lower voltage, e.g. a transformer in a HV substation. The capacitors 4 are connected to the secondary windings of the filter transformer 2 so that each three-phase capacitor 4 is connected to the winding of the transformer 2 by a thyristor jumper. Transformer 2 plays a double role in this system. Its first role is to lower the voltage supplying 4-phase capacitors, the second is the function of inductive reactance, analogous to the function of the protective choke in the LC filter system. The task of the entire compensation system, seen from the medium MV voltage side, is to compensate the reactive power of the fundamental harmonic and to filter one higher harmonic with an LC filter. The filter transformer 2 together with the three-phase capacitors 4 constitute a higher harmonic LC filter, usually of the lowest order, which occurs in the medium voltage power grid. The capacitors 4 are connected to the inductance of the secondary winding of the filtering transformer 2 by means of thyristor switches 3, which follow the changes in the reactive power demand.

Claims

1. The following system of reactive power compensation of the fundamental harmonic with an adjustable value, along with the higher harmonic filtration in the medium or high voltage power grid, equipped with a transformer with one medium or high voltage winding and a low voltage winding, to which is connected on the low voltage winding side by means of capacitor banks, characterized in that the capacitor banks (4) connected on the side of the low voltage windings (LV) by thyristor connectors (3) equipped with two triacs (5), are connected in a delta, while the triacs (5) are connected into any two phases, and the third phase is connected directly to the capacitor (4).