PL226589B1 - Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości w każdej fazie wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia - Google Patents

Abstract

Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości w każdej fazie, 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 kondensatory jednofazowe (4) połączone za pomocą łącznika (3) wyposażonego w tyrystor i diodę w układ trójkąta, tworzące układ kondensatora trójfazowego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości oddzielnie w każdej fazie, 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 jednofazowe 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 jednofazowych urządzeń, w sieci średnich i wysokich napięć występuje częsta i gwałtowna zmiana w poszczególnych fazach 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, która sterowana byłaby oddzielnie dla każdej fazy.

W zakładach przemysłowych, w których występują odbiorniki o dużych mocach (maszyny wyciągowe w kopalniach oraz piece łukowe w hutach, zgrzewarki punktowe), 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 w dowolnej fazie a jednocześnie filtrującego wyższe harmoniczne prądów.

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. Nie rozwiązano również problemu kompensacji układów niesymetrycznych, w których kompensacja powinna być sterowana oddzielnie w każdej fazie.

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.

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.

Według wynalazku nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości w każdej fazie, 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 do jednego uzwojenia niskiego napięcia dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć kondensatory jednofazowe połączone za pomocą łącznika wyposażonego w tyrystor i diodę w układ trójkąta, tworzące układ kondensatora trójfazowego.

Zaletą wynalazku jest jego potrójna funkcja występująca jako:

- nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości z czasem regulacji 20 ms,

- układ filtru dostrojonego LC wyższej harmonicznej,

- dzięki sterowaniu fazowemu niezależnie w każdej fazie symetryzację napięć i symetryzację poboru mocy biernej.

Takie rozwiązanie umożliwiło kompensację mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości w każdej fazie na poziomie średniego lub wysokiego napięcia przy wykorzystaniu urządzeń niskonapięciowych. Obniżenie napięcia na kondensatorach umożliwia zastosowanie tańszych urządzeń, tj. kondensatorów, tyrystorów i diod 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

PL 226 589 B1 napięć (dla sieci 15 kV lub 20 kV). Kompensacja i symetryzacja napięć za pomocą klasycznych styczników nie jest w ogóle możliwa ze względu na dynamiczny charakter zmian a wolną reakcję stycznika.

Koszt styczników jednofazowych średniego napięcia byłby kilkakrotnie droższy od łączników tyrystorowych niskich napięć.

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 - przebieg prądu załączenia baterii kondensatorów w przypadku zastosowania diody i tyrystora (układ z wstępnym ładowaniem kondensatorów), fig. 5 - przebieg prądu załączania załączenia baterii kondensatorów w przypadku zastosowania triaków (układ bez wstępnego ładowania kondensatorów).

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 wysokiego napięcia WN i jednym uzwojeniu niskiego napięcia nn, do którego dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć kondensatory jednofazowe 4 połączone, za pomocą łączników tyrystorowych 3 wyposażonych w tyrystor 5 i diodę 6 , w trójkąt tworząc kondensator trójfazowy.

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 jednofazowy kondensator 4 jest połączony za pomocą łącznika tyrystorowego {wyposażonego w diodę i tyrystor) w trójkąt i przyłączony do uzwojenia transformatora 2. Transformator 2 pełni w tym układzie podwójną rolę. Jego pierwszą rolą jest obniżenie napięcia zasilającego układ kondensatorów jednofazowych 4, 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 niezależnie w każdej fazie oraz filtracja jednej wyższej harmonicznej za pomocą filtra LC. Transformator filtracyjny 2 wraz z jednofazowymi kondensatorami 4 połączonymi w trójkąt za pomocą diody 6 i tyrystora 5 stanowią filtr LC wyższej harmonicznej, najczęściej najniższego rzędu, jaki występuje w sieci elektroenergetycznej średniego napięcia. Kondensatory 4 połączone w trójkąt za pomocą łączników tyrystorowych 3, podłączane są do indukcyjności wtórnego uzwojenia transformatora filtrującego 2, które w sposób nadążny i niezależny w każdej fazie reagują na zmiany zapotrzebowania na moc bierną pojemnościową podstawowej harmonicznej. Zastosowanie diody 6 w układzie łącznika tyrystorowego 3 zamiast dwóch tyrystorów powoduje, zmniejszenie prądu załączenia kondensatorów 4 do wartości prądu obciążenia - nie występuje wówczas prąd rozruchu równy półtorej krotną wartość prądu znamionowego <1,5'/_n) jak przy dwóch tyrystorach pokazanych na fig. 5.

Claims (1)

1. Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości w każdej fazie, 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, znamienny tym, że do jednego uzwojenia niskiego napięcia (nn) dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć kondensatory jednofazowe (4) połączone za pomocą łącznika (3) wyposażonego w tyrystor (5) i diodę (6) w układ trójkąta, tworzące układ kondensatora trójfazowego.