Результат интеллектуальной деятельности: РЕАКТОРНАЯ ГРУППА, КОММУТИРУЕМАЯ ТИРИСТОРАМИ

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления комбинированными источниками реактивной мощности, построенными на основе статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности. Подобные устройства широко применяются в электроэнергетике, электроприводе, электротермии, электролизе, преобразовательной технике, для плавного регулирования реактивной мощности в электрической сети как в режиме ее потребления, так и генерации.

Известен управляемый шунтирующий реактор, использующий стальной сердечник в качестве магнитопровода. Управление индуктивностью реактора осуществляется за счет воздействия на состояние магнитопровода сердечника с помощью изменения тока подмагничивания в дополнительной обмотке управляемого шунтирующего реактора и изменения положения рабочей точки сердечника на нелинейной кривой намагничивания его стали. Дополнительная обмотка подключается к регулятору тока, построенному на основе управляемых ключей. Система управления регулятором управляет состоянием управляемых ключей и тем самым регулирует величину тока подмагничивания управляемого шунтирующего реактора, изменяя его индуктивность. (Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей. 2-е дополненное издание. Под ред. д.т.н., проф. A.M. Брянцева. - М.: «Знак». 2010. 288 с. ил.).

К недостаткам такого устройства относятся сложная конструкция управляемого шунтирующего реактора и цепей управления, наличие дополнительных потерь в стали сердечника и нелинейных искажений в кривой тока управляемого шунтирующего реактора, что требует применения дополнительных фильтров высших гармоник и приводит к усложнению схемы управляемого шунтирующего реактора.

Известна реакторная группа, коммутируемая тиристорами, использующая параллельно соединенные ветви, каждая из которых содержит реактор с последовательно подключенными к нему встречно-параллельно соединенными тиристорами. Реализация фазового управления тиристорами в каждой из параллельно соединенных ветвей позволяет осуществлять в ней плавное регулирование тока. Применение нескольких параллельно соединенных ветвей, каждая из которых состоит из реактора и встречно-параллельно соединенных тиристоров, обеспечивает требуемую величину тока в реакторной группе и уменьшение в нем содержания высших гармоник. Количество параллельно соединенных ветвей, а также величины индуктивностей реакторов подбирают исходя из необходимости получения различных уровней регулируемого тока в реакторной группе. При этом регулирование токов реакторов в каждой из параллельно соединенных ветвей осуществляется с помощью фазового управления соответствующих встречно-параллельно соединенных тиристоров. Система управления устройством синхронизирует моменты отпирания встречно-параллельно соединенных тиристоров в каждой из параллельных ветвей относительно приложенного к ним напряжения («Основы современной энергетики. 4.2 Современная электроэнергетика» под ред. А.П. Бурмана и В.А. Строева. Изд-во «МЭИ», 2003, 453 стр. с илл. Стр. 200, рис. 8.12).

Существенным недостатком данной реакторной группы, коммутируемой тиристорами, является невысокая дискретность уровней регулируемого тока, а также его несинусоидальная форма с присутствием в нем большого числа высших гармоник, вызванных процессом фазового регулирования токов в каждой из ветвей реакторной группы. Для подавления высших гармоник в токе необходимо применять дополнительных фильтры высших гармоник. Применение фильтров, с одной стороны, полностью не устраняет высшие гармоники в кривой тока и, с другой стороны, усложняет схему реакторной группы за счет введения в нее дополнительных устройств.

Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение характеристик и параметров реакторной группы, включающее повышение дискретности уровней регулируемого тока, повышение качества электрической энергии при регулировании тока за счет исключения из его состава высших гармонических составляющих, а также упрощение устройства в целом за счет исключения из его состава фильтров высших гармоник.

Технический результат достигается тем, что реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоящая из трех параллельно подключенных к выводам реакторной группы ветвей, каждая из которых содержит последовательное соединение реактора и встречно-параллельно соединенных тиристоров, снабжена дополнительными встречно-параллельно соединенными тиристорами, выводы встречно-параллельно соединенных тиристоров первой и второй ветвей соединены вместе и подключены к одному из выводов реакторной группы, а вывод встречно-параллельно соединенных тиристоров третьей ветви подключен ко второму выводу реакторной группы, при этом реакторы параллельных ветвей снабжены промежуточными внутренними выводами обмоток, а промежуточный внутренний вывод обмотки реактора в третьей ветви соединен соответственно с каждым из промежуточных внутренних выводов обмоток реакторов первой и второй ветвей с помощью дополнительных встречно-параллельно соединенных тиристоров.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема построения реакторной группы, коммутируемой тиристорами.

На фиг. 2 приведена таблица величин индуктивностей реакторной группы, получаемых при различных комбинациях включенных встречно-параллельно соединенных тиристоров в ветвях реакторной группы.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы приложенного к реакторной группе напряжения и ее токов при различной комбинации включенных встречно-параллельно соединенных тиристоров в ветвях реакторной группы.

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоит из трех параллельно подключенных к ее выводам ветвей. Первая ветвь содержит последовательное соединение встречно-параллельно соединенных тиристоров, образующих управляемый ключ 1, и реактора 2 с внутренним выводом его обмотки, разделяющим реактор 2 на две секции 3 и 4 соответственно. Вторая ветвь содержит последовательное соединение встречно-параллельно соединенных тиристоров, образующих управляемый ключ 5, и реактора 6 с внутренним выводом его обмотки, разделяющим реактор 6 на две секции 7 и 8 соответственно. Третья ветвь содержит последовательное соединение встречно-параллельно соединенных тиристоров, образующих управляемый ключ 9, и реактора 10 с внутренним выводом его обмотки, разделяющим реактор 10 на две секции 11 и 12 соответственно. При этом неподключенные к реакторам 2 и 6 выводы управляемых ключей 1 и 5, а также не подключенный к управляемому ключу 9 вывод реактора 10 объединены вместе и подключены к одному из выводов реакторной группы. К другому выводу реакторной группы подключен вывод управляемого ключа 9, не соединенный с реактором 10, а также выводы реакторов 2 и 6, не соединенные с управляемыми ключами 1 и 5. Между внутренним выводом обмотки реактора 10 и каждым из внутренних выводов обмоток реакторов 2 и 6 включены дополнительные встречно-параллельно соединенные тиристоры, образующие соответственно управляемые ключи 13 и 14.

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, работает следующим образом. Управление управляемыми ключами 1, 5, 9, 13, 14 осуществляется в моменты максимума или минимума, приложенного к реакторной группе напряжения. При этом набор включаемых в указанные моменты управляемых ключей 1, 5, 9, 13, 14 определяется системой управления в зависимости от требуемой величины индуктивности реакторной группы. Изменение набора включенных управляемых ключей 1, 5, 9, 13 14 приводит к изменению внутренней топологии схемы реакторной группы и, соответственно, величины ее результирующей индуктивности. При заданной конфигурации схемы реакторной группы возможно получить 31 различное значение величины ее индуктивности. За счет выбора значений индуктивностей секций 3, 4, 7, 8, 11, 12 реакторов 2, 6, 10 в зависимости от комбинации включенных управляемых ключей 1, 5, 9, 13, 14 обеспечивается относительно равномерное изменение величины индуктивности реакторной группы.

На фиг. 2 представлена таблица относительных величин значений индуктивностей реакторной группы в зависимости от состояния включенных тиристорных ключей 1, 5, 9, 13, 14. Нормирование величин получаемых индуктивностей (L) и соответствующих им реактивных мощностей реакторной группы (Q) осуществляется относительно минимально возможной величины индуктивности реакторной группы L_eq, получаемой в схеме фиг. 1 при всех включенных тиристорных ключах 1, 5, 9, 13, 14. Очевидно, что минимально возможной индуктивности L_eq соответствует максимальное значение реактивной мощности Q_макс, накапливаемой в реакторной группе. При этом значения индуктивностей секций 3, 4, 7, 8, 11, 12 реакторов 2, 6, 10 определяются соотношениями: L₃=1.89L_eq, L₄=1.34L_eq, L₇=0.66L_eq, Z₈=1,41L_eq, L_eq=7.56L_eq и L₁₂=3.78L_eq.

Наличие 31 относительно равномерных ступеней изменения величины индуктивности и соответственно токов и реактивных мощностей реакторной группы, получаемых с помощью управления управляемыми ключами 1, 5, 9, 13 14, уже не требует применения фазового регулирования управляемыми ключами 1, 5, 9 в каждой из ветвей.

Реализация управления состоянием управляемых ключей в моменты максимума или минимума напряжения на реакторной группе позволяет обеспечить синусоидальную форму ее тока и полное отсутствие в нем высших гармонических составляющих. На фиг. 3 изображены кривые тока и напряжения реакторной группы при различных комбинациях включенных управляемых ключей 1, 5, 9, 13, 14.