Результат интеллектуальной деятельности: Реакторная группа, коммутируемая тиристорами

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей. 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 в составе управляемых шунтирующих реакторов и комбинированных статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

Известна реакторная группа, коммутируемая тиристорами, использующая параллельно соединенные ветви, каждая из которых содержит реактор с последовательно подключенным к нему двунаправленным тиристорным ключом. Реализация фазового управления тиристорным ключом 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 двунаправленного тиристорного ключа, обеспечивает требуемую величину тока в реакторной группе и уменьшение содержания в нем 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 тиристорных ключей. Система управления устройством синхронизирует моменты отпирания встречно-параллельно соединенных тиристоров в каждой из параллельных ветвей относительно приложенного к ним напряжения. («Основы современной энергетики. Ч. 2 Современная электроэнергетика» под ред. А.П. Бурмана и В.А. Строева. Из-во «МЭИ», 2003, 453 стр. с илл. Стр. 200, рис. 8.12).

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 дополнительные 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.

Известна реакторная группа, коммутируемая тиристорами, содержащая шесть реакторов и восемь двунаправленных тиристорных ключей (патент RU 2631678). Система управления реакторной группой реализует переключение двунаправленных тиристорных ключей в фиксированные моменты времени относительно питающего напряжения (положительное решение по патентной заявке №2016122828/07(035734) от 09.06.2016 г. «Способ управления управляемым шунтирующим реактором и устройство для его осуществления») и обеспечивает большую дискретность регулирования значений индуктивностей реакторной группы за счет изменения схемы включения реакторов. К достоинству данной реакторной группы следует отнести большую дискретность регулирования величины индуктивности реактора при отсутствии высших гармоник в кривой регулируемого тока реакторной группы. К основному недостатку данной схемы построения реакторной группы следует отнести существенно завышенную установленную мощность реакторного оборудования по отношению к максимальной генерируемой реакторной группой реактивной мощности.

Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является удешевление устройства за счет изменения топологии построения реакторной группы и уменьшения установленной мощности входящего в ее состав реакторного оборудования, при сохранении высокой дискретности регулирования индуктивности реактора и отсутствии высших гармоник в кривой регулируемого тока реакторной группы.

Технический результат достигается тем, что реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоит из четырех ветвей, каждая из которых содержит последовательно соединенные реактор и двунаправленный тиристорный ключ, при этом ветви разбиты на пары и одни концы ветвей в каждой паре соединены между собой и подключены соответственно к разноименным зажимам источника питания, а другие концы ветвей каждой пары также соединены между собой и подключены соответственно к другим противоположным зажимам источника питания через дополнительные двунаправленные тиристорные ключи и между этими другими концами ветвей разных пар включен вспомогательный двунаправленный тиристорный ключ.

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 двунаправленных тиристорных ключей.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы приложенного к реакторной группе напряжения и ее токов при различной комбинации включенных двунаправленных тиристорных ключей.

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоит из четырех ветвей с последовательным соединением реакторов и двунаправленных тиристорных ключей (фиг. 1). Первая ветвь состоит из последовательного соединения реактора 1 и двунаправленного тиристорного ключа 2. Вторая ветвь состоит из последовательного соединения реактора 3 и двунаправленного тиристорного ключа 4. Третья ветвь состоит из последовательного соединения реактора 5 и двунаправленного тиристорного ключа 6. Четвертая ветвь состоит из последовательного соединения реактора 7 и двунаправленного тиристорного ключа 8. Первая и вторая ветви образуют первую пару ветвей реакторной группы, а третья и четвертая ветви образуют вторую пару ветвей реакторной группы. При этом в первой паре ветвей реакторной группы выводы реакторов 1 и 3, не соединенные с двунаправленными тиристорными ключами 2 и 4 соответственно, подключены к одному из зажимов источника питания, а во второй паре ветвей реакторной группы выводы реакторов 5 и 7, не соединенные с двунаправленными тиристорными ключами 6 и 8 соответственно, подключены к противоположному зажиму источника питания. Дополнительный двунаправленный тиристорный ключ 9 одним из своих выводов подключен к общей точке соединения двунаправленных тиристорных ключей 2 и 4, а другим своим выводом - к общей точке соединения реакторов 5 и 7. Дополнительный двунаправленный тиристорный ключ 10 одним из своих выводов подключен к общей точке соединения реакторов 1 и 3, а другим своим выводом - к общей точке соединения двунаправленных тиристорных ключей 6 и 8, к которой также подключен первый вывод вспомогательного двунаправленного тиристорного ключа 11, второй вывод которого подключен к общей точке соединения тиристорных ключей 2 и 4 и дополнительного двунаправленного ключа 9.

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, работает следующим образом. Управление двунаправленными тиристорными ключами 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11 осуществляется в моменты максимума или минимума приложенного к реакторной группе напряжения. При этом набор включаемых в указанные моменты двунаправленных тиристорных ключей 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11 определяется системой управления в зависимости от реализации требуемой величины индуктивности реакторной группы. Изменение набора включенных двунаправленных тиристорных ключей 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11 приводит к изменению внутренней топологии схемы реакторной группы и, соответственно, величины ее результирующей индуктивности. При заданной конфигурации схемы реакторной группы, возможно получить 25 различных значений величины ее индуктивности. За счет выбора значений индуктивностей реакторов 1, 3, 6, 8 в зависимости от комбинации включенных двунаправленный тиристорных ключей 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11 обеспечивается относительно равномерное изменение величины индуктивности реакторной группы.

На фиг. 2 представлена таблица относительных величин значений индуктивностей реакторной группы в зависимости от состояния включенных двунаправленных тиристорных ключей 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11. 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 включенных двунаправленных тиристорных ключах 2, 4, 6, 8, 9, 10. Очевидно, что минимально возможной индуктивности L_eq соответствует максимальное значение реактивной мощности Q_макс, обеспечиваемое реакторной группой. При этом значения индуктивностей реакторов 1, 3, 6, 8 в приведенном примере определяются соотношениями: L₁=5.1 L_eq, L₃=3 L_eq, L₅=10.8 L_eq, L₇=2.6 L_eq.

Наличие 25 ступеней изменения величины индуктивности и, соответственно, токов и реактивных мощностей реакторной группы, получаемых с помощью управления двунаправленными тиристорными ключами 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11 является достаточным для относительно плавного регулирования индуктивности реактора.

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 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11, представленных на фиг. 2.