Пристрій динамічного відновлення провалів напруги
Власники патенту UA 2393611:
Винахід відноситься до електротехніки Технічний результат полягає у забезпеченні захисту електроприймача від провалів напруги при короткочасних перервах електропостачання, підвищенні безвідмовності у їх роботі та виключенні можливості розповсюдження мережевих аварій. Пристрій передбачає послідовне підключення до приймача, що захищається за рахунок вольтододаткового трансформатора (ВТ) за допомогою двох вимикачів (ВК), тиристорного перетворювача (ТП), в який включений поглинаючий компенсатор, що утворює енергетичний демпфер для регулювання потоків потужності, і функціонування якого відбувається на основі використання енергії , запасеної в зарядному пристрої (ЗП) в контурі постійного струму, і завданням якого служить формування та підведення до електроприймача (ЕП) додаткової напруги заданої амплітуди, частоти, кута фазового зсуву, і є різницею між номінальною та фактичною напругою, що компенсує провали короткочасного характеру та дозволяє підтримувати напругу електроприймача на час ліквідації порушення електропостачання. Пристроєм підводиться компенсована напруга, величина якого формується за алгоритмом широтно-імпульсної модуляції та динамічно регулюється за схемами тиристорного управління перетворювачем, що живиться від зарядного пристрою в контурі постійного струму. 2 іл.
Пристрій відноситься до електротехніки, а саме до електропостачання електроприймачів, що не допускають в аварійному режимі короткочасних і раптових провалів напруги (ПН), і спрямоване на динамічне відновлення напруги трифазної електричної мережі з метою стабілізації його електропостачання на період усунення порушень.
Відомо пристрій захисту споживачів від короткочасних порушень електропостачання, принцип дії якого полягає в тому, що для захисту споживача, що отримує електроенергію за двома незалежними джерелами живлення, паралельно до ланцюга підключають реактивні елементи, які при порушенні електропостачання підвищують постійну часу перехідного процесу та знижують крутість фронтів падіння. напруги за рахунок підведення в мережу енергії, накопиченої в магнітному полі реактора та електричному полі конденсатора [2]. Недолік даного пристрою полягає в тому, що при реалізації не враховується динаміка процесу виникнення провалу напруги, що вимагає попереднього налаштування системи в режими резонансу для зменшення крутості фронту зниження напруги та збільшення часу перехідного процесу, та збереження працездатності мережі. Це негативно позначається на швидкодії пристрою та здатності компенсувати глибокі та тривалі провали напруги. Пропонований пристрій передбачає динамічне відновлення провалу з будь-якою глибиною і фіксацією рівня напруги на затискачах електроприймача, що визначається величиною енергії, запасеної в зарядному пристрої ЗУ.
Завданням винаходу є забезпечення безперервності та безперебійності електропостачання відповідальних електроприймачів при короткочасних перервах живлення за рахунок підведення компенсованої напруги, величину якого динамічно регулює перетворювач за схемами тиристорного управління, що дозволить значно скоротити час відновлення електропостачання та мінімізувати провали напруги.
Пристрій, що заявляється, передбачає при живленні електроприймачів від низької підстанції з двома незалежними джерелами живлення, секційованихчерез резервуючий вимикач (РВ) і захищаються з комутуючими вимикачами (ВК), з метою динамічного усунення провалів напруги та забезпеченням безперервного та безвідмовного електропостачання, послідовне підключення в ланцюг живлення електроприймача вольтододаткового трансформатора (ВТ) (фіг.1), вторинна обмотка якого з'єднана тиристорним перетворювачем (ТП), що комутується на основі використання енергії зарядного пристрою (ЗП) контуру постійного струму, між якими включений поглинаючий компенсатор (КП) для поглинання реактивної потужності при відновленні провалу напруги. Пристрій відрізняється тим, що його включення за пропонованою схемою на фіг.1 забезпечує компенсацію провалів напруги на затискачах електроприймачів з ефективністю дії 99% при фіксації напруги на рівні 98% на основі динамічного підведення напруги з параметричним завданням необхідної форми, амплітуди, частоти і фазового кута зсуву, що закладено у алгоритмах широтно-імпульсної модуляції для синусоїдального сигналу.
У режимі очікування провалу напруги вторинна обмотка вольтододаткового трансформатора замикається коротко через тиристорний перетворювач. При цьому напруга, що підводиться, і магнітний потік практично рівні нулю - комутації вентилів не відбувається, і перетворювач не включається. Пристрій не вводить додаткової напруги, незалежно від значення навантаження воно здійснює контроль його номінального рівня на затискачах електроприймача, що захищається. При провалі напруги живлення спрацьовують засоби захисної автоматики мережі на підключення динамічного відновлення напруги. У моменти різкого зменшення рівня напруги пристроєм формується величина компенсованої напруги, отримана від номінальної різниці іфактичного значень напруги протягом часу порушення електропостачання. Динамічне керування режимами контролю та формування здійснюється апаратною частиною пристрою, закладеною в алгоритм широтно-імпульсної модуляції. Тиристорним перетворювачем здійснюється динамічне управління в режимі узгодження та підведення компенсованої напруги з метою згладжування провалу та стабілізації номінального рівня на затискачах електроприймача до моменту повного усунення порушення електропостачання з подальшим переведенням пристрою та схеми в режим очікування провалів.
На фіг.1 представлена схема підключення пристрою до ланцюга живлення електроприймача. Схема містить комутуючі вимикачі ВК1, ВК2, встановлені для підключення пристрою в контурі електричної мережі на стороні електроприймача, що захищається (елементи 1 і 2), і резервуючий вимикач РВ для комутаційного виведення пристрою в режим очікування провалу напруги або для виключення підживлення короткого замикання від пристрою в режим динамічного відновлення напруги (елемент 3), вольтододатковий трансформатор ВТ (елемент 4); універсальний напівпровідниковий міст, як який використовується тиристорний перетворювач ТП (елемент 5); поглинаючий компенсатор КП (елемент 6); зарядний пристрій ЗУ - накопичувач (елемент 7) та електроприймач ЕП (елемент 8).
Схема увімкнення пристрою працює наступним чином. У режимах очікування провалу напруги по ланцюгу електроприймача ЕП (елемент 8), що захищається, протікає робочий навантажувальний струм, і напруга на затискачах у ЕП відповідає номінальному рівню. До тих пір, поки зміна рівня напруги не перевищить зменшення на 10%, що і визначає нормативну ознаку появи провалу напруги, вимикачі, що комутують, ВК1 і ВК2(елементи 1 і 2) знаходяться у відключеному положенні, у той час як резервуючий вимикач РВ (елемент 3) оперативно діє у режимі нормальної експлуатації для захисту електроприймача. При цьому обмотка вторинної напруги вольтододаткового трансформатора ВТ (елемента 4) замкнута коротко через тиристорний перетворювач ТП (елемент 5), що блокує схему запуску пристрою по режиму відновлення напруги.
При провалі напруги живлення в результаті короткого замикання виконується захисна автоматична комутація вимикачів ВК1, ВК2 (елементи 1, 2) з узгодженим відключенням резервуючого вимикача РВ (елемент 3) з метою уникнення підживлення струмів короткого замикання мережі, та оперативного введення пристроїв динам чого апаратна функціонально-вимірювальна частина перетворювача ТП (елемент 5) фіксує різке зменшення номіналу рівня напруги, задає параметричну ознаку глибини провалу в якості різниці між фактичним діючим напругою, реалізує повний цикл алгоритму широтно-імпульсної модуляції синусоїдального сигналу з формуваннямди та кута зсуву. Час реакції, що визначає тривалість оперативної дії апаратної частини ТП, становить не більше 0,001 с. Для стабілізації рівня напруги здійснюються розрахунки параметрів компенсатора КП (елемент 6).
Зарядний пристрій ЗУ (елемент 7) в ланцюгу постійного струму задається в паралельному включенні до поглинаючого компенсатора КП (елемент 6) для живлення перетворювача ТП (елемент 5), забезпечення безперебійної роботи ланцюга енергетичного демпфера, що утворюється при КП з метою регулювання потоків потужності та підтримки компенсаційної напруги. Результатомспільного та узгодженого функціонування елементів заявляється пристрою є підведення в ланцюг живлення електроприймача в динамічному режимі при провалі напруги більше 10% додаткової складової ДВН, сформованої тиристорним перетворювачем, через вольтододатковий трансформатор, що дозволяє підтримувати напругу протягом періоду усунення короткочасного порушення електропостачання
де Uнаг - необхідна напруга на стороні навантаження; Zмережі - повний опір мережі приймача; Iнаг – сила навантажувального струму ділянки розподільчої мережі; U-мережі - мережна напруга в моменти аварійного провалу напруги.
При відновленні нормального режиму живлення електроприймача ЕП (елемент 8) за результатом ліквідації короткого замикання виконується автоматичний перехід роботи пристрою ДВН в режим очікування провалу напруги із замиканням вторинної обмотки вольтододаткового трансформатора ВТ (елемент 4) коротко через перетворювач ТП (елемент 5) всіх вимикачів ВК1, ВК2 та РВ (елементи 1, 2 та 3).
Пропонований пристрій динамічного відновлення провалів напруги було апробовано у виробничих умовах на підстанції 6(10)/0,4 кВ ВАТ "МРСК-Центру" - "Ліпецькенерго". Результати апробації підтвердили ефективність використання пристрою захисту і актуальність його впровадження в боротьбі з провалами напруги живлення. У результаті експериментальних розрахунків виявлено експлуатаційно-технічні характеристики пристрою (успішність дії установки становила 99%).
Застосування пристрою має на меті забезпечувати захист відповідальних електроприймачів від провалів напруги за рахунок введення в мережу додаткової напруги, що реалізується в динамічних режимах.згладжування провалу та фіксації форми напруги на рівні 98% (фіг.2).
1. Правила влаштування електроустановок [Текст]: затв. м-вом енергетики України 08.07.02: введ. у дію з 01.01.03. – К.: НЦ ЕНАС, 2008. – 552 с. - ISBN 978-5-93196-751-6.
Влаштування динамічного відновлення провалів напруги при використанні двох незалежних джерел живлення, секціонованих через резервуючий вимикач (РВ) і захищаються з комутуючими вимикачами (ВК); вольтододаткового трансформатора (ВТ), послідовно включеного в ланцюг електроприймача (ЕП); тиристорного перетворювача (ТП); поглинаючого компенсатора (КП) і зарядного пристрою (ЗП) в ланцюгу постійного струму, що відрізняється тим, що, з метою забезпечення захисту електроприймача від провалів напруги при короткочасних перервах електропостачання пристроєм, підводиться компенсована напруга, величина якого формується за алгоритмом широтно-імпульсної модуляції та динамічно регулюється за схемами тиристорного управління перетворювачем, що живиться від зарядного пристрою в контурі постійного струму, який включений поглинаючий компенсатор, що утворює енергетичний демпфер для регулювання потоків потужності, службовця для стабілізації компенсаційної напруги необхідної форми, амплітуди, частоти і кута фазового зсуву, номінальною та фактичною напругою, для підведення в режимі провалу до затискачів електроприймача через вольтододатковий трансформатор на час ліквідації короткочасного порушення електропостачання.