SE514664C2 - Kompensator för reaktiv effekt i ett elkraftlevererande system - Google Patents

Description

514 664 2 från adderaren SUM och som lämnar ut en kontrollsignal Aq för reaktiv effekt för att därmed kontrollera spänningen från det elkraftlevererande systemet; - en faskontrollerande krets APS för att faskontrollera en tyristor genom att leverera kontrollpulser till densamma för att därigenom kontrollera den ström, som flyter genom en reaktor, som lämnar ut reaktiv effekt, allt utgående från den signal A , som lämnas ut från den spännlngskontrollerande kretsen AVR; - en anordning SVC, som lämnar ut reaktiv effekt för att åstadkomma, att en efterslä- pande, reaktiv ström flyter genom reaktom, styrd av de kontrollpulser, som levereras från den faskontrollerande kretsen APS, för att därigenom kompensera för reaktiv effekt hos det elkraft-levererande systemet; - en omvandlare VDT för att detektera spänningen hos det elkraft-levererande systemet och därigenom möjliggöra inställning av detsamma.

SYS betecknar karaktäristiska egenskaper hos systemet och representerar en ändring i spänningen hos systemet, som erhålles som resultat av en ändring av den reaktiva effekten. l detta spänningskontrollsystem för kompensatorn för reaktiv effekt kontrolleras förstärkningen i den spännlngskontrollerande kretsen, tidskonstanten i fördröjningen och liknande storheter, så att avskärningsfrekvensen i slingöverfö- ringsfunktionen för den slutna slingan blir lika stor som ett värde, som satisfierar svarsvillkoren för systemet och så att fasmarginalen vid avskärningsfrekvensen blir tillräckligt stor. Ett exempel på denna typ av apparat har beskrivits i APPLlCATlON OF STATlC VAR COMPENSATOR FÖR AC/DC INTERCONNECTED POWER SYSTEM CIGRE SC 14 SYMPOSIUM 400-02 (Sept, 1987). (Tillämpning av statisk VAR-kompensator vid växelström-llikström-sammankopplade kraftsystem).

Som framgår av Fig 4 ändrar sig förstärkningen i slingan plöstligt som svar på att en ändring av de karaktäristiska egenskaperna hos det elkraftlevererande systemet sker i en reaktiv effekt-kompensator, som bygger på ovanstående konventionella teknik. Detta är detsamma som att egenskapema hos det återkopplade systemet ändrar sig, eftersom karaktäristiken för SYS, som ingår i den slutna slingan, ändras hos det elkraft-levererande systemet, även om förstärkningen, tidsfördröjningskons- tanten eller liknande storheter i den spännlngskontrollerande kretsen kontrolleras 514 664 3 för att erhålla önskad svarsreaktion och stabilitet för denna reaktiva effektkompen- sator. Även svarsreaktionen och stabiliteten hos kompensatom för reaktiv effekt kommer därigenom att ändras. Allmänt sett ändrar sig impedansen hos systemet som funktion av tiden beroende på effektbehovet på belastningssidan. Det konven- tionella sättet att handskas med detta problem består i att justera förstärkningen, tidsfördröjningskonstanten och liknande storheter i den spånningskontrollerande kretsen så, att önskad svarsreaktion och stabilitet erhålles, då slingförstårkningen eller impedansen hos systemet maximeras. l ett kontrollsystem, som justerats på detta sätt, försämras svarsreaktionen, då impedansen hos det elkraftlevererande systemet blir mindre, vilket innebär, att slingförstärkningen blir mindre. Det är sålunda svårt att optimera inverkan av kompensatom för reaktiv effekt.

SUMMERING AV FÖRELIGGANDE UPPFINNING Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en kompensator för reaktiv effekt för ett elkrafl-levererande system, vilken kompensator är fri från de ovan beskrivna defektema enligt den konventionella tekniken och vilken kompensator äri stånd att kontrollera spänningen hos systemet snabbt och på ett stabilt sätt.

För att åstadkomma detta föreslår den här föreliggande uppfinningen en kompensa- tor för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system, vilken kompensator innefat- tar: - en spånningskontrollerande krets, som lämnar ut en kompensationssignal för reaktiv effekt, vilken signal erhålles genom förstärkning av differensspänningen mellan ett spänningskommenderat börvärde och en spänningssignal, som motsvarar spänningen hos det elkraft-levererande systemet, vilken spänning detekterats med en spänningsdetektor, - en anordning för att leverera ut reaktiv effekt för att därmed kontrollera spänningen hos det elkraft-levererande systemet med hjälp av den utgående signalen från den spånningskontrollerande kretsen och därmed kompensera för reaktiv effekt ingåen- de i systemets effekt.

Härvid innefattar nämnda kompensator en förstårkningsberäknande krets för att 514 664 4 ställa in förstärkningen i den spänningskontrollerande kretsen till ett värde, som ar proportionellt mot nivån på kortslutningskapaciteten hos det elkraft-levererande systemet, vilket värde är mätt pà systemets kraftlevererande sida i förhållande till kretsen för utmatning av reaktiv effekt. l kompensatorn för reaktiv effekt för elkraft-levererande system enligt föreliggande uppfinning ändras förstärkningen i den spänningskontrollerande kretsen i proportion till kortslutningskapaciteten hos det elkraftlevererande systemet, vilken kapacitet mätts på detta systems kraftlevererande sida i förhållande till kretsen för utmatning av reaktiv effekt. Härigenom möjliggöres, att spänningen hos det elkraft-levererande systemet kontrolleras stabilt med stor snabbhet och oberoende av systemets kapacitet. Det är därigenom möjligt att stabilisera den effekt, som levereras från elkraft-systemet.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1 är ett blockschema för en kompensator för reaktiv effekt, vilken kompensator representerar en första utförandeform för föreliggande uppfinning.

Fig 2 är ett diagram över karaktäristiken för en förstärkningsberäknande krets i överensstämmelse med föreliggande uppfinning.

F lg 3 är ett blockschema för en kompensator för reaktiv effekt, vilken kompensator representerar en andra utförandeform för föreliggande uppfinning.

F ig 4 är ett blockschema för en konventionell kompensator för reaktiv effekt.

BESKRIVNING AV DE PREFERERADE UTFÖRANDEFORMERNA F ig 1 visar ett blockschema för en kompensator för reaktiv effekt, vilken kompensa- tor representerar en utförandeform för föreliggande uppfinning. Denna kompensator är ansluten till en terminal 1 på en generator eller till en bus-linje på ett icke begrän- sat system, vars spänning är tänkt att vara konstant. En växelströmssystemimpe- dans 2 är definierad mellan denna icke begränsade bus-linje och en belastning 5.

En reaktor 3 är insatt för att leverera eftersläpande reaktiv effekt från den reaktiva kompensatom till systemet. En kondensator 4 är införd för att leverera ledande 514 664 reaktiv effekt till det elkraft-levererande systemet. Tyristorer 31 och 32 är anslutna till varandra i en anti-parallell koppling och är införda för att kontrollera den ström, som flyter genom reaktor 3. Ett kommenderat börvärde 300 levereras utifrån till en spänningskontrollerande krets 303 i kompensatorn för reaktiv effekt. En spännings- detektor 301 detekterar spänningen hos det elkraft-levererande systemet, under det att belastningen är ansluten till detsamma. En återmatande kontrollkrets 302 lämnar ut en spänningssignal, som motsvarar en spänningsnivå, som detekteras av spänningsdetektom 301. En faskontrollerande krets 304 faskontrollerar och lämnar ut kontrollpulser, som får en reaktiv ström att flyta genom reaktorn i proportion till nivån på den utgående signalen från den spänningskontrollerande kretsen. Dessa pulser pålägges grindama på tyristorema 31 och 32. En förstärkningsberäknande krets 305 beräknar förhållandet mellan en ändring AQ i den reaktiva effekten relativt en ändring AV i systemspänningen under ett i förväg bestämt tidsintervall At, d v s värdet av AQ/AV från den reaktiva, effektkontrollerande signalutgàngen från den spänningskontrollerande kretsen 303, utgående från den reaktiva effekten från kompensatom för reaktiv effekt och från utgången från den återmatande kontrollk- retsen, vilken utgångssignal erhållits från det detekterade värdet på systemspän- ningen. Den förstärkningsberäknande kretsen 305 lämnar ut ett värde, som är proportionellt mot det sålunda beräknade värdet AQ/AV till den spänningskontrolle- rande kretsen 303, i form av en förstärkning, som ändrar sig i proportion till kortslut- ningskapaciteten hos det elkraftlevererande systemet. Värdet på den förstärknings- beräknande kretsen 305 får emellertid med hänsyn till systemets stabilitet respekti- ve effektivitet varken bli för högt eller för lågt. Därför har en begränsning i enlighet med Fig 2 införts.

Fig 2 visar den utgående karaktäristiken för den förstärkningsberäknande kretsen 305. Denna förstärkningsberäknande krets lämnar ut ett värde på förstärkningen, vilket ändrar sig med avseende på värdet för AQ/AV på abskissan påföljande sätt.

Denna förstärkning representeras av en konstant Kl för ett område för AQ/AV, som ligger under värdet (AO/AVN, representeras av en konstant Ku för ett område för AQ/AV, som ligger över värdet (AQ/AV)u samt representeras av Kc (AQ/AV), d v s är proportionell mot AQ/AV, mellan dessa båda övre och undre värden. 514 664 6 Slingförstärkningen för kompensatom för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i överensstämmelse med föreliggande uppfinning bibehålles utan hänsyn till detta systems karaktäristiska egenskaper och på ett sätt, som nedan beskrives.

Blockschemat för den reaktiva effektkompensatom, som visas i Fig 1, kan uttryckas så, som framgår av Fig 4. Om det förstärkningsvärde, som mottages av den spän- ningskontrollerande kretsen 303, ligger inom det område, som är proportionellt mot AQIAV, så som visas i Fig 2, och om proportionalitetskonstanten är Kc, så är förstärkningen Kc (AQ/AV). Låt förstärkningen hos den faskontrollerande kretsen APS vara Ka, förstärkningen hos anordningen SVC, som lämnar ut reaktiv effekt, vara Ks och den förstärkning, som baserar sig på de karaktäristiska egenskaperna hos systemet, vara X = AV/AQ. Då representerar slingförstärkningen K för det arrangemang, som visas i Fig 4, av K=Kc(AQ/AV)xKaxKsxX=KcxKaxKs, som är konstant och oberoende av de karaktäristiska egenskaperna hos systemet.

Om K bestämmes för att tillfredsställa villkoren för önskad svarskaraktäristik och stabilitet för kontrollsystemet, så måste följaktligen proportionalitetskonstanten Kc för förstärkningsvärdet, som mottages av den spänningskontrollerande kretsen 303, nödvändigtvis vara bestämd.

Om kompensatorn för reaktiv effekt är konstruerad för att arbeta med digitala värden, kan AV och AQ enkelt erhållas ur differenserna mellan värdena V(n-1) respektive Q(n-1) för V respektive Q, så som dessa detekterats en period tidigare och värdena V(n) respektive Q(n), så som dessa detekteras vid den aktuella periodens slut. Om kompensatom är konstruerad för att arbeta med analoga värden, kan dessa likaså erhållas genom att sätta in fördröjningskretsar i V- respektive Q- detektom och detektera differensema mellan de detekterade värdena /Vdoch Ögför aktuell tid med de värden V respektive Q, som erhålles via fördröjningskretsama.

Skälet till att man bestämt sig för en utgående karaktäristik för den förstärkningsbe- räknande kretsen, enligt vilken karaktäristik förstärkningen inställes till det konstanta värdet Kl i området under (AQV/AV) l och till det konstanta värdet Ku i området över (AQ/AV)u, är det nedan beskrivna. AQ och AV har ostabila värden under ett initialt skede för operationen av kompensatorn för reaktiv effekt omedelbart efter start. Om 514 664 7 förstärkningen helt enkelt skulle sättas till ett värde, som är proportionellt mot AQ/AV, skulle förstärkningen komma att fluktuera avsevärt på grund av stora fluktuationer i värdet på AQ/AV och kontrollen komma att bli ostabil. Det finns också en möjlighet att förstärkningen skulle kunna minska överdrivet mycket, så att kompensatom inte kunde fungera, då värdet på AQ/AV blir för lågt. För att undvika detta har övre och undre fasta värden på förstärkningen satts in i stället för värdet pà AQ/AV och förstärkningen hàlles därigenom konstant, då AQ/AV blir högre eller lägre än dessa konstanta värden.

De tidsintervall, med vilka ändringama i AQ och AV observeras, kan sättas till mellan en halv sekund och upp till flera sekunder, eftersom fluktuationema i spänningen för systemet kan ha en periodicitet på flera Hertz. Det finns inte något behov av att ytterligare reducera tidsintervallet för att därmed sampla med en högre hastighet än den nämnda. Det är fördelaktigt att använda de medelvärden för AQ och AV, som samplats under flera sekunder. Denna metod gör det möjligt att för praktiskt bruk av kompensatorn för reaktiv effekt undvika en felfunktion, som förorsakas av brus.

För detektering av AQ användes i den ovan nämnda utförandeforrnen utsignalen Aq från den spänningskontrollerande kretsen 303 som en signal, som är ekvivalent med den reaktiva effekten Q hos den anordning, som lämnar ut reaktiv effekt. Det är emellertid uppenbart, att AQ kan detekteras genom att direkt detektera den utgåen- de reaktiva effekten Q från den anordning, som lämnar ut reaktiv effekt på samma sätt som sker vid detektering av AV.

Fig 3 visar en annan utförandeform av föreliggande uppfinning. l den utförandeform, som visas i Fig 1, beräknas den karaktäristiska impedansstorheten (AV/AQ) för systemet ur signaler, som lämnas ut från respektive sektioner i kontrollenheten för att därigenom styra den spänningskontrollerande kretsen. Om emellertid en centralt övervakande station eller liknande enhet, vilken samlar in och behandlar information om impedans, kortslutningskapacitet och liknande, finns i närheten av kompensa- tom för reaktiv effekt och om tillståndet för systemet säkert kan övervakas i denna station, är en metod för att bestämma förstärkningen hos den spänningskontrolle- 514 664 - 8 rande kretsen 303 med hjälp av denna information enklare och mera tillförlitlig. Den utförandeform, som visas i F lg 3, exemplifierar ett system, som baserar sig på denna metod. En signal 306 med information beträffande systemet levereras från den centralt övervakande stationen. En förstärkningsberäknande krets 307 lämnar ut en signal, som representerar en förstärkning, som erhållits med utgångspunkt från informationssignalen. Om informationssignalen 306 representerar information om impedansen hos systemet, är det möjligt att erhålla samma karaktäristiska egenskaper hos den förstärkningsberäknande kretsen 307 som hos den förstärk- ningsberäknande kretsen 305 i den första utförandeformen, om det reciproka värdet pà impedansen användes i kretsen 307. Om informationssignalen 306 däremot representerar information om kortslutningskapaciteten, kan de karaktäristiska egenskaperna hos den förstärkningsberäknande kretsen 307 vara desamma som hos den förstärkningsberäknande kretsen 305 i den första utförandeformen, eftersom det reciproka värdet för kortslutningskapaciteten motsvarar impedansen. l vilket som helst av fallen kan värdet på impedansen eller kortslutningskapaciteten representeras med hjälp av referens-impedansen eller referens-kortslutnings- kapaciteten om impedansen eller kortslutningskapaciteten kan användas som en variabel för att bestämma förstärkningen i den spänningskontrollerande kretsen 303.

Det är uppenbart, att den andra utförandeformen leder till samma resultat, som det som erhålles enligt Fig 1.

I en metod för att få slingförstärkningen för spànnings-kontrollslingan att överens- stämma med föreliggande uppfinning, detekteras ändringen AQ i den reaktiva effekten i kompensatorn för reaktiv effekt, vilken ändring svarar mot ändringen AV i spänningen för systemet och förstärkningen i den spänningskontrollerande kretsen ställes in så, att den blir proportionell mot AQ/AV. Om impedansen hos systemet på den kraftlevererande sidan av den anordning, som lämnar ut reaktiv effekt, är X, erhålles följande ekvation: "ß m 51,4 664 AV°¿_A1=X *AQ Alq (där alla variabler representerar ändringsvärden per utvald tidsenhet).

Alq i denna ekvation representerar ändringen i den reaktiva strömmen. Om förstärk- ningen hos den spänningskontrollerande kretsen ställes in till ett värde, som är proportionellt mot AQIAV, kan således slingförstårlmingen i den spänningskontrolle- I rande slingan fås att bli konstant enligt den krets, som visas i Fig 4. I detta fall kan ' AV detekteras ur det detekterade värdet för systemspänningen och AQ kan detekte- ras som den utgående signalen från den spänningskontrollerande kretsen AVR, eftersom den utgående signalen från AVR motsvarar den reaktiva effekten Q. som » .erhålles som den utgående signalen från den reaktiva effekt-kompensatom SVC, och alltså är dessa direkt jämförbara. Det är också möjligt att erhålla AQ genom att .direkt detektera den reaktiva effekten Q från den anordning, som lämnar ut denna _ effekt.

Så som ovan beskrivits är den föreliggande uppfinningen fördelaktig genom att slingfórstärlmingen i det spänningskontrollerande systemet för kompensatom för reaktiv effekt kan bibehállas konstant, oberoende av kapaciteten hos det elkraft- levererande systemet. Det är därigenom möjligt att förbättra reaktionsegenskapema och stabiliteten hos kompensatom för reaktiv effekt, oberoende av hur stor kapacite- ten hos systemet är.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 514 664 10 PATENTKRAV Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-ievererande system, viken kompensator innefattar - en spänningskontrollerande krets (303) för att förstärka differensspän ningen mellan ett kommenderat börvärde (300) och en spänningssignal, som överensstämmer med spänningen hos det elkraft-ievererande systemet, vilken senare spänning detekterat med en spänningsdetektor (301), varvid nämnda spänningskontrollerande krets (303) lämnar ut nämnda differens som en kontrollsignal för att kompensera reaktiv effekt. - en krets (3, 31, 32), som lämnar ut reaktiv effekt och som består av en reaktor (3), vars ström styrs av motkopplade tyristorer (31, 32), vilken krets matas med-den utgående signalen från nämnda spänningskontrollerande krets (303) via en faskontrollerande krets (304), varvid nämnda krets (3, 31, 32) som lämnar ut reaktiv effekt, kontrollerar spänningen hos det elkraft- levererande systemet för att kompensera för reaktiv effekt i detta system, varvid nämnda kompensator är k ä n n e t e c k n a d därav att den innefattar en förstärkningsberäknande krets (305; 307) för att kontinuerligt ställa in förstärkningen hos nämnda spänningskontrollerande krets (303) till ett värde, som är proportionellt mot nivån för kortslutningskapaciteten hos systemeffekten pä den system- effekt- levererande sidan av nämnda krets (3, 31, 32), som lämnar ut reaktiv effekt, varvid signalen från.den-förstärkningsberäknande kretsen (305; 307), utgöres av signalen för det detekterade värdet för kortslutningskapaciteten i det effektlevererande systemet sedd från utgångssidan för reaktiv effekt (3, 4) och varigenom variationer i kortslutningskapaciteten, vilka beror på såväl variationer i det effektlevererande systemet som variationer på belastnings- sidan, kommer att detekteras och styra den förstärkningsberäknande kretsen (305; 307). Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-ievererande system i enlighet med patentkrav 1 k ä n n e tïec k n a därav att nämnda kortslutningskapacitet hos systemef- 10 15 20 25 30 514 664 w 11 fekten på den systemeffekt-levererande sidan representeras av förhållandet AQ/AV mellan en ändring AQ i den reaktiva effekten och en ändring AV i spänningen hos det elkraft-levererande systemet, båda uppmätta per tidsenhet At. Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda ändring AV i spänningen för det elkraft-levererande systemet och nämnda ändring AQ i den reaktiva effekten är värden, som mätes under ett tidsintervall At, som ligger mellan en halv och upp till flera sekunder. Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med patentkrav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda ändring AV i spänningen för det elkraft-levererande systemet och nämnda ändring AQ i den reaktiva effekten är medelvärden, som erhållits genom att mäta nämnda ändringar flera gånger. Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med vilket som helst av patentkraven 1 to m 4, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda, förstärkningsberäknande krets (305; 307) lämnar ut ett konstant minimalt förstärkningsvärde Kl (Fig 2), då nämnda kortslutningskapacitet är lika med eller mindre än (AO/AV) l , så att förstärk- ningen inte kan bli för låg. Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med vilket som helst av patentkraven 1 to m 5, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda, förstärkningsberäknande krets (305; 307) lämnar ut ett konstant maximalt förstärkningsvärde Ku (Fig 2), då nämnda kortslutningskapacitet är lika med eller större än (AQ/AV)u, så att förstärkning- en inte kan bli för hög. 10 15 20 25 30 10. 11. 514 664 12 Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda kortslutningskapacitet hos systemef- fekten på den systemeffekt-levererande sidan representeras av förhållandet Aq/AV mellan en ändring Aq i den utgående signalen från nämnda spännings- kontrollerande krets (303) och ändringen AV i spänningen hos det elkraft- levererande systemet, båda uppmätta per tidsenhet At. Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda ändring AV i spänningen hos det elkraft-levererande systemet och nämnda ändring Aq i den utgående signalen från nämnda, spänningskontrollerande krets (303) är värden, som mätes under ett tidsintervall At, som ligger mellan en halv och upp till flera sekunder. Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med patentkrav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda ändring AV i spänningen hos det elkraft-levererande systemet och nämnda ändring Aq i den utgående spän- ningen fràn nämnda, spänningskontrollerande krets (303) är medelvärden av uppmätta värden, som erhållits genom att mäta nämnda ändringar flera gånger Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med vilket som helst av patentkraven 7 t o m 9, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda, förstärkningsberäknande krets (305, 307) lämnar ut ett konstant minimalt förstärkningsvärde Kl (Fig 2), då nämnda kortslutningskapacitet är lika med eller mindre än (AQ/AV) I, så att förstärk- ningen inte kan bli för låg. Kompensator for reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med vilket som helst av patentkraven 7 t o m 10, 10 15 20 25 30 12. 13. 514 664 13: k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda, förstärkningsberäknande krets (305; 307) lämnar ut ett konstant maximalt förstärkningsvärde Ku (Fig 2), då nämnda kortslutningskapacitet är lika med eller större än (AQ/AV)u, så att förstärkning- en inte kan bli för hög. ' Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav att information om nämnda kortslutningskapacitet lämnas ut från en övervakningsstation :för total kontroll av hela det elkraft- levererande systemet. l Kompensator för reaktiv effekt för ett elkraft-levererande system i enlighet med patentkrav 12, k ä n n e t e c k n a d därav att informationen om nämnda kortslutningskapaci- tet för den elektriska effekten representeras av impedansinformation.