PL226590B1 - Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości wraz z filtracją trzeciej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia - Google Patents

Abstract

Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją trzeciej 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) o układzie połączeń Yy, do którego dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych (3) wyposażonych w tyrystory i diody baterie kondensatorów (4) połączonych w gwiazdę, tak aby punkty zerowe gwiazdy kondensatorów były połączone z punktem zerowym gwiazdy uzwojenia niskiego napięcia za pomocą przewodu neutralnego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej - w tym również trzeciej 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. Znaczna część tych urządzeń stanowią urządzenia jednofazowe generujące do sieci harmoniczne trzeciego rzędu. Ze względu na powszechność użytkowania tych urządzeń na poziomie niskich napięć w sieci średnich i wysokich napięć występuje częsta i gwałtowna zmiana poboru mocy biernej podstawowej harmonicznej oraz występowanie wyższych harmonicznych prądów. Pojawienie się wyższych harmonicznych prądów objawia się pojawieniem wyższych harmonicznych napięć. Dotyczy to również harmonicznych trzeciego rzędu. Należy więc w tych sieciach zastosować układy kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej i filtracji wyższych harmonicznych z trzecią harmoniczną włącznie reagujące w sposób nadążny nad tymi zmianami.

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 (parzystych i nieparzystych w tym trzeciej) konieczne jest zastosowanie układu nadążnego kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej i filtrującego wyższe harmoniczne prądów w tym drugiej i trzeciej.

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 filtracji wyższych harmonicznych rzędu trzeciego.

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 PL207658 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, wraz z filtracją trzeciej 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 o układzie połączeń Yy, dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych wyposażonych w tyrystory i diody baterie kondensatorów połączonych w gwiazdę, tak aby punkty zerowe gwiazdy kondensatorów były połączone z punktem zerowym gwiazdy uzwojenia niskiego napięcia za pomocą przewodu neutralnego.

Zaletą wynalazku jest jego podwójna funkcja występująca jako nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości z czasem regulacji 20 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, 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 i diod średnich napięć (dla sieci 15 kV lub 20 kV). Zastosowanie układu połączenia konPL 226 590 B1 densatorów w gwiazdę umożliwi podtrzymywanie kondensatorów pod napięciem szczytowym. Załączenie poszczególnych faz kondensatora następuje w szczycie napięcia, co eliminuje nawet krótkotrwałe stany nieustalone - nie występują przeciążeniowe prądy załączenia kondensatorów. Podłączenie kondensatorów w gwiazdę umożliwi również filtrację wyższych harmonicznych rzędu trzeciego.

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.

Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją trzeciej harmonicznej, w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia składa się z transformatora zasilającego 1, transformatora filtrującego 2 o jednym uzwojeniu średniego SN napięcia i jednym uzwojeniu niskiego napięcia nn o układzie połączeń Yy, do którego dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych 3 baterie kondensatorów 4 połączoną w gwiazdę. Każdy łącznik tyrystorowy składa się z trzech tyrystorów 5 i trzech diod 6, tak aby punkty zerowe gwiazdy kondensatorów były połączone z punktem zerowym gwiazdy uzwojenia niskiego napięcia za pomocą przewodu neutralnego.

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 3. Transformator 2 pełni w tym układzie podwójną rolę. Jego pierwszą rolą jest obniżenie napięcia zasilającego kondensatory trójfazowe 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 oraz filtracja jednej wyższej harmonicznej np. trzeciej 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. Ze względu na układ połączenia transformatora filtrującego 2 w podwójną gwiazdę Yy oraz kondensatorów trójfazowych lub jednofazowych połączonych w gwiazdę 4 układ może filtrować również wyższe harmoniczne rzędu trzeciego. 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. Łączniki tyrystorowe wyposażone są w każdej fazie w tyrystor i diodę połączonych równolegle. Punkt neutralny transformatora 2 po stronie dolnego napięcia jest połączony z punktem neutralnym kondensatorów 4. Połączenie te umożliwia pracę jednofazową układu kompensacji, jak również powrót trzeciej harmonicznej prądu do transformatora.

Claims (1)

1. Nadążny układ kompensacji mocy biernej, podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją trzeciej 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) o układzie połączeń Yy, dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych (3) wyposażonych w tyrystory (5) i diody (6) baterie kondensatorów (4) połączonych w gwiazdę, tak aby punkty zerowe gwiazdy kondensatorów były połączone z punktem zerowym gwiazdy uzwojenia niskiego napięcia za pomocą przewodu neutralnego.