Результат интеллектуальной деятельности: Универсальное модульное вольтодобавочное устройство для распределительных сетей среднего напряжения

Изобретение относится к высоковольтным электротехническим комплексам для управляемых линий электропередач.

Известно фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и вставлены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, узлы соединения обмоток которого подключены к высоковольтным выводам трехфазного высоковольтного коммутатора. При этом низковольтные выводы всех фаз коммутатора соединены по схеме звезды, а входные выводы каждой фазы коммутатора подключены ко вторичной обмотке соответствующей фазы трехфазного шунтового трансформатора, первичные обмотки которого высоковольтными выводами подключены к средним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединены по схеме звезды и заземлены (патент Российской Федерации на полезную модель RU 106060 U1 кл. Н03Н 7/18, опубл. 27.06.2011 г.).

Недостаток данного фазоповоротного устройства заключается в использовании двух трансформаторов сериесного и шунтового, что значительно увеличивает расчетную мощность трансформаторного оборудования.

Другим недостатком известного устройства является реализация симметричного регулирования напряжения и отсутствие продольного регулирования. Это делает невозможным изменение а, следовательно, и стабилизацию выходного напряжения по величине.

Известно полупроводниковое фазоповоротное устройство (ПФУ), которое реализует продольно-поперечное регулирование напряжения (патент Российской Федерации изобретение RU 2450420 С1 кл. Н03С 3/00, опубл. 10.05.2012 г. ). Поперечное регулировании напряжения фазы С обеспечивается группами N1 и N2 (чужих) фаз В и А вторичных обмоток шунтового трансформатора, питающего через тиристорные коммутаторы первичные обмотки сериесного трансформатора. Причем числа витков вторичных обмоток шунтового трансформатора этих групп выбраны в соответствии с геометрической числовой последовательностью при основании равном трем. Продольное регулирование выполняется группой N1 (своей) фазы С.Числа витков вторичных обмоток шунтового трансформатора в пределах этой группы выбраны в соответствии с геометрической числовой последовательностью при основании равном двум.

Данное ПФУ имеет следующие недостатки. ПФУ может применяться только в линиях электропередач с заземленной нейтралью, необходимой для подключения первичных обмоток шунтового трансформатора. В связи с этим реализация схемного решения невозможна в сетях среднего напряжения (6-20 кВ) из-за отсутствия в них нейтрального провода. В этом ПФУ необходимо разбиение вторичных обмоток шунтового трансформатора на секции, имеющие разное число витков, что значительно усложняет коммутационные процессы. Требуется применение трансформаторов повышенной мощности, т.к. в данном ПФУ регулирование происходит путем геометрического сложения векторов напряжений.

Наиболее близким к техническому решению по технической сущности является ФПУ, которое реализует продольно-поперечное регулирование напряжения и содержит один вольтодобавочный трансформатор, первичные обмотки которого соединены в треугольник (патент Российской Федерации на изобретение RU 2621062 С1 кл. G05F 1/30 опубл. 31.05.17 г.)

ФПУ содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор, первичные обмотки которого подключены к клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ, вторичные обмотки выполнены в виде четырех гальванически развязанных секций, выводы которых подключены к соответствующим входным клеммам трехфазного коммутатора, выполненного в виде трех цепочек, каждая из которых состоит из группы однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей, причем первые выводы каждой цепочки трехфазного коммутатора подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны выхода ФПУ, первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора соединены по схеме «треугольник».

Недостаток данного фазоповоротного устройства заключается в большом количестве тиристорных ключей модулей продольного и поперечного регулирования.

Решаемая задача - регулирование потоков мощности в распределительных электрических сетях.

Технический результат - сокращение количества тиристорных ключей находящихся под напряжением распределительной сети 6-10 кВ. Использование гальванически развязанных вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора со свободными выводами позволяет реализовывать тиристорный регулятор-стабилизатор напряжения, осуществляющий продольное регулирование. Использование импульсно-фазового регулирования тиристорными коммутаторами позволяет плавно регулировать выходное напряжение устройства в диапазоне, определяемом напряжением вторичных обмоток.

Технический результат достигается тем, что в универсальном вольтодобавочном устройстве (УВУ) используется вольтодобавочный трансформатор с гальванически развязанными вторичными обмотками со свободными выводами, соединение первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора по схеме «треугольник» не требует использования нейтрали для реализации схемного решения, что позволяет использовать УВУ в сетях низкого и среднего напряжений.

В УВУ используется вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) с гальванически развязанными вторичными обмотками со свободными выводами, при этом стабилизация величины выходного напряжения осуществляется модулями продольного регулирования.

По сравнению с известными аналогами соответствующее соединение свободных выводов вторичных обмоток ВДТ позволяет реализовать тиристорный регулятор-стабилизатор напряжения. Соединение первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора по схеме «треугольник» не требует использования нейтрали для реализации схемного решения что позволяет использовать УВУ устройство в сетях низкого и среднего напряжения.

Универсальное вольтодобавочное устройство для распределительных сетей среднего напряжения содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор первичные обмотки которого подключены к клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа УВУ, вторичные обмотки выполнены в виде гальванически развязанных секций со свободными выводами, первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора соединены по схеме «треугольник», все гальванически развязанные секции вторичных обмоток каждой фазы выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации, первые выводы трехфазного коммутатора, состоящего из трех однофазных мостовых преобразователей, подключены к выходным высоковольтным зажимам со стороны выхода УВУ, причем вторые выводы трехфазного коммутатора подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа УВУ, при этом первый свободный вывод первой обмотки первой секции вторичных обмоток ВДТ присоединен к зажиму второй фазы трехфазного коммутатора, первый свободный вывод второй обмотки первой секции вторичных обмоток ВДТ присоединен к зажиму первой фазы трехфазного коммутатора, первый свободный вывод третьей обмотки первой секции вторичных обмоток ВДТ присоединен к зажиму третьей фазы трехфазного коммутатора, второй свободный вывод первой обмотки первой секции присоединен ко второму свободному выводу второй обмотки второй секции ВДТ, второй свободный вывод второй обмотки первой секции присоединен ко второму свободному выводу третьей обмотки второй секции ВДТ, второй свободный вывод третьей обмотки первой секции присоединен ко второму свободному выводу первой обмотки второй секции ВДТ, причем первый свободный вывод первой обмотки второй секции подключен ко второму вводному зажиму третьей фазы трехфазного коммутатора, первый свободный вывод второй обмотки второй секции подключен ко второму вводному зажиму второй фазы трехфазного коммутатора, первый свободный вывод третьей обмотки второй секции подключен ко второму вводному зажиму первой фазы трехфазного коммутатора;

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена функциональная схема УВУ.

Предлагаемое универсальное вольтодобавочное устройство для распределительных сетей среднего напряжения (УВУ) содержит вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) 1, первичные обмотки 2, 3, 4 которого соединены по способу «треугольник» и подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи 5 фазы А, 6 фазы В и 7 фазы С со стороны входа УВУ. Вторичные обмотки каждой из трех фаз выполнены в виде двух гальванически развязанных секций 8-13 со свободными выводами 14-25, трехфазного коммутатора, состоящего из групп однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными ключами 2 6-37 в каждом плече с вводными зажимами 50-55 и выходными зажимами 56-61.

В модуле продольного регулирования представленного на фиг. 1, первые выводы 57, 59, 61 трехфазного коммутатора состоящего из трех однофазных мостовых преобразователей, подключены к выходным высоковольтным зажимам УВУ 62 фазы А1, 63 фазы В1, 64 фазы С1. Вторые выводы 56, 58, 60 трехфазного коммутатора подключены к соответствующим клеммам 7, 6, 5 высоковольтной линии электропередачи со стороны входа УВУ. При этом первые свободные выводы 14, 18, 22 первой секции вторичных обмоток 8,10,12 присоединены к первым вводным зажимам 52, 50, 54 трехфазного коммутатора. Вторые свободные выводы 15, 19, 2 3 вторичных обмоток 8, 10, 12 присоединены ко вторым свободным выводам 21, 25, 17 соседних фаз второй секции вторичных обмоток 9, 11, 13. Первые свободные выводы 16, 20, 2 4 вторичных обмоток 9, 11, 13 присоединены ко вторым вводным зажимам 55, 53, 51 трехфазного коммутатора.

Существуют три режима работы модуля продольного регулирования. При включенных коммутаторах 28, 29, 32, 33, 36, 37 вторичные обмотки 8-13 ВДТ исключаются из цепи протекания тока линии. Напряжение на выходе УВУ будет равно напряжению на входе. При включенных коммутаторах 35, 36 в линию фазы А вводится разность э.д.с. ступеней продольного регулирования вторичных обмоток e_2C-e_2A. При включенных коммутаторах 31-32 и 27-28 в линии фаз В и С вводятся разности э.д.с. e_2A-е_2В и е_2В-e_2C. Вторичные обмотки ВДТ рассчитаны на напряжение u₂=е₂. Э.Д.С. вторичных обмоток e_2A, e_2B, e_2C находятся в противофазе со входными линейными напряжениями УВУ u_AB, u_BC, u_CA соответственно. Это позволяет получить систему напряжений, сдвинутых по фазе относительно входных линейных напряжений УВУ на 90°. Векторная диаграмма напряжений рассматриваемого режима приведена на фиг 2. Из нее следует, что при описанной комбинации включенных коммутаторов выходные напряжения снижаются в сравнении с входными напряжениями. При включенных коммутаторах 34, 37, 30, 33, 26, 29 выходные напряжения увеличиваются по отношению к входным напряжениям. Векторная диаграмма напряжений УВУ в этом режиме показана на рисунке фиг. 3.