Стабилизатор трёхфазного синусоидального напряжения ТПС с двухподдиапазонным регулированием

Page 1
background image

Page 2
background image

72

СЕТИ

РОССИИ

п

о

д

с

т

а

н

ц

и

и

подст

анции

Д

ля

 

заводов

 

и

 

предприятий

в

 

технологических

 

процес

-

сах

 

которых

 

используются

 

электронагревательные

 

элементы

разработана

 

специаль

-

ная

 

трансформаторная

 

подстанция

 

(

ТПС

со

 

стабилизатором

 

трёхфаз

-

ного

 

напряжения

  (

СТН

). 

В

 

состав

 

этой

 

подстанции

 

входят

 

один

 

или

 

не

-

сколько

 

силовых

 

трансформаторов

 

и

 

стабилизатор

 

трёхфазного

 

напря

-

жения

 (

СТН

с

 

системой

 

управления

 

[1]. 

В

 

основу

 

разработки

 

положены

 

новые

 

способ

 

и

 

устройство

которые

 

обеспечивают

 

стабилизацию

 

напря

-

жения

 

на

 

входе

 

силовых

 

трансфор

-

маторов

 

и

 

у

 

потребителей

 

без

 

ис

-

кажения

 

формы

 

напряжения

 

и

 

тока

 

[2,3]. 

Применение

 

этих

 

технических

 

решений

 

позволяет

 

уменьшить

 

по

-

требление

 

электроэнергии

 

и

 

увели

-

чить

 

срок

 

службы

 

дорогостоящего

 

оборудования

.

Схема

 

СТН

 

в

 

составе

 

двухтранс

-

форматорной

 

подстанции

 

приведена

 

на

 

рис

. 1. 

Стабилизатор 

трёхфазного 

синусоидального 

напряжения ТПС с 

двухподдиапазонным 

регулированием

Владимир КЛИМАШ,

 профессор КнАГТУ, Комсомольск-на-Амуре, д.т.н.,

 Евгений ЧИЧЕРОВ, доцент кафедры

 «Электроэнергетические системы» НИУ «МЭИ», к.э.н.

Рис

. 1. 

Схема

 

СТН

 

двух

 

подстанций


Page 3
background image

73

 2 (29), 

март

апрель

, 2015

Здесь

 

СТ

и

 

СТ

2 — 

силовые

 

транс

-

форматоры

 

подстанции

на

 

входе

 

которых

 

включён

 

вольтодобавочный

 

трансфор

-

матор

  (

ВДТ

с

 

двумя

 

диодно

-

транзистор

-

ными

 

ключами

в

 

состав

 

которых

 

входит

 

трёхфазный

 

диодный

 

выпрямитель

 (

ДВ

и

 

IGBT-

транзистор

 (T

К

). 

Схема

 

также

 

содер

-

жит

 

датчик

 

отклонения

 

напряжения

 (

ДОН

), 

батарею

 

фильтрующих

 

конденсаторов

 

(

БФК

), 

батарею

 

фильтро

-

компенсирующих

 

конденсаторов

  (

БФКК

), 

батарею

 

косинус

-

ных

 

конденсаторов

  (

БКК

), 

основной

 

и

 

до

-

полнительный

 

нагревательные

 

элементы

 

(

ЭН

1, 

ЭН

2) 

и

 

систему

 

управления

  (

СУ

). 

Работу

 

СУ

 

с

 

двухподдиапазонным

 

широт

-

но

-

импульсным

 

регулированием

 

поясняет

 

рис

. 2. 

На

 

рис

. 2, 1 — 

опорное

 

треугольное

 

на

-

пряжение

, 2 — 

треугольное

 

напряжение

 

с

 

положительным

 

смещением

, 3 — 

тре

-

угольное

 

напряжение

 

с

 

отрицательным

 

смещением

, 4 — 

импульсы

 

управления

 

для

 

первого

 

транзистора

, 5 — 

импульсы

 

управления

 

для

 

второ

-

го

 

транзистора

, U

у

 — 

напряжение

 

управления

кото

-

рое

 

в

 

первом

 

поддиапазоне

 I 

положительное

 (U

у

1

>0), 

а

 

во

 

втором

 

поддиапазоне

 II — 

отрицательное

 (U

у

2

<0) 

(

рис

. 2). 

При

 

сигнале

 

управления

 

равном

 

нулю

 U

у

0

=0 

первый

 

транзистор

 

полностью

 

выключен

а

 

второй

 — 

полностью

 

включён

  (

режим

 

номинального

 

напряже

-

ния

). 

Такой

 

принцип

 

управления

 

уменьшает

 

иска

-

жения

 

тока

 

в

 

обмотках

 

ВДТ

 

и

 

ёмкость

 

конденсато

-

ра

 

БФК

образующего

 

вместе

 

с

 

первичной

 

обмоткой

 

ВДТ

 

колебательный

 

контур

в

 

котором

 

создаются

 

антиискажения

 

для

 

токов

 

силовых

 

трансформаторов

 

и

 

сети

.

Два

 

поддиапазона

 

регулирования

 

расположены

 

между

 

следующими

 

тремя

 

уровнями

 

синусоидаль

-

ного

 

напряжения

.

Максимальная

 

вольтодобавка

.

 

Этот

 

уровень

 

напряжения

 

задаётся

 

коэффициентом

 

трансфор

-

мации

 

ВДТ

 

и

 

при

 

минимальном

 

напряжении

 

в

 

сети

 

и

 

номинальной

 

нагрузке

 

силовых

 

трансформаторов

 

СТ

и

 

СТ

обеспечивает

 

номинальное

 

напряжение

 

у

 

потребителей

 

предприятия

Уровень

 

максимальной

 

вольтодобавки

 

задаётся

 

при

 

непрерывно

 

включён

-

ном

 

первом

 

трёхфазном

 

ключе

.

Промежуточный

 

(

номинальный

уровень

 

напряжения

Задаётся

 

сопротивлением

 

первого

 

электронагревательного

 

элемента

 

дополнительного

 

электронагревателя

 

ЭН

и

 

характеризуется

 

тем

что

 

при

 

номинальном

 

напряжении

 

в

 

сети

 

и

 

номинальной

 

нагрузке

 

СТ

и

 

СТ

обеспечивает

 

номинальное

 

на

-

пряжение

 

у

 

потребителей

 

предприятия

Он

 

задаётся

 

при

 

полностью

 

выключенном

 

первом

 

трёхфазном

 

ключе

 

и

 

непрерывно

 

включённом

 

втором

 

трёхфаз

-

ном

 

ключе

.

Максимальная

 

вольтоотбавка

.

 

Задаётся

 

сум

-

марным

 

сопротивлением

 

первого

 

и

 

второго

 

элек

-

тронагревательных

 

элементов

 

дополнительного

 

электронагревателя

 

ЭН

и

 

при

 

максимальном

 

напря

-

жении

 

в

 

сети

 

и

 

номинальной

 

нагрузке

 

СТ

и

 

СТ

обе

-

спечивает

 

номинальное

 

напряжение

 

у

 

потребителей

 

предприятия

Уровень

 

максимальной

 

вольтоотбавки

 

задаётся

 

при

 

полностью

 

выключенных

 

первом

 

и

 

вто

-

ром

 

трёхфазных

 

ключах

.

При

 

максимально

 

пониженном

 

напряжении

 

в

 

сети

 

система

 

управления

 

СУ

 

подаёт

 

непрерывные

 

управ

-

ляющие

 

импульсы

 

на

 

первый

 

и

 

второй

 

трехфазные

 

ключи

включается

 

только

 

первый

 

ключ

 

и

 

ВДТ

 

по

-

вышает

 

напряжение

 

на

 

входе

 

силовых

 

трансфор

-

маторов

 

СТ

1, 

СТ

и

 

на

 

их

 

нагрузках

 

до

 

заданного

например

 

номинального

уровня

 

за

 

счёт

 

наведения

 

на

 

первичной

 

обмотке

 

ВДТ

 

ЭДС

синфазную

 

с

 

напря

-

жением

 

нагрузки

 

СТ

2. 

В

 

этом

 

режиме

 

дополнитель

-

ный

 

электронагреватель

 

ЭН

2, 

его

 

элементы

 

и

 

второй

 

трёхфазный

 

ключ

 

закорочены

 

первым

 

трёхфазным

 

ключом

 

и

 

обесточены

т

.

е

отключены

.

При

 

повышении

 

напряжения

 

в

 

сети

 

от

 

макси

-

мально

 

пониженного

 

до

 

номинального

 

устройство

 

уменьшает

 

длительность

 

проводящего

 

состояния

 

первого

 

трёхфазного

 

ключа

 

от

 

периода

 

коммутации

 

до

 

нуля

 

и

 

на

 

интервалах

 

его

 

бестоковых

 

пауз

 

вклю

-

чается

 

второй

 

трёхфазный

 

ключ

вводя

 

в

 

цепь

 

вто

-

ричной

 

обмотки

 

вольтодобавочного

 

трансформатора

 

ВДТ

 

сопротивление

 

первого

 

электронагреватель

-

ного

 

элемента

 

дополнительного

 

электронагревате

-

ля

 

ЭН

2. 

При

 

таком

 

способе

 

реостатно

-

импульсного

 

регулирования

 

в

 

первом

 

поддиапазоне

 

происходит

 

плавное

 

уменьшение

 

напряжения

 

вольтодобавки

 

от

 

максимального

 

до

 

промежуточного

  (

номинального

уровня

.

При

 

дальнейшем

 

повышении

 

напряжения

 

в

 

сети

 

от

 

номинального

 

до

 

максимально

 

повышенного

 

уров

-

ня

 

устройство

 

при

 

выключённом

 

первом

 

трёхфазном

 

ключе

 

уменьшает

 

длительность

 

проводящего

 

состо

-

яния

 

второго

 

трёхфазного

 

ключа

 

от

 

периода

 

комму

-

тации

 

до

 

нуля

 

и

 

на

 

интервалах

 

его

 

бестоковых

 

пауз

 

вводит

 

в

 

цепь

 

вторичной

 

обмотки

 

ВДТ

 

суммарное

 

со

-

противление

 

первого

 

и

 

второго

 

электронагреватель

-

ных

 

элементов

 

дополнительного

 

электронагревате

-

ля

 

ЭН

2. 

Таким

 

образом

в

 

цепи

 

вторичной

 

обмотки

 

ВДТ

 

с

 

частотой

 

коммутации

 

чередуется

 

включение

 

то

 

одного

то

 

двух

 

сопротивлений

При

 

этом

 

способе

 

Рис

. 2. 

Временные

 

диаграммы

 

системы

 

управления

I — 

первый

 

поддиапазон

 

при

 U

у

1

>0; 

II

 

— 

второй

 

поддиапазон

 

при

 U

у

2

<0

+U

у

1

+U

у

1

U

O

П

t

t

0

t

1

2

3

4

4

5

5

t
t

-U

у

2

-U

у

2


Page 4
background image

74

СЕТИ РОССИИ

во

 

втором

 

поддиапазоне

 

происходит

 

плавное

 

умень

-

шение

 

напряжения

 

вольтодобавки

 

от

 

промежуточно

-

го

 (

номинального

до

 

минимального

 

уровня

.

Дополнительный

 

нагревательный

 

элемент

 

ЭН

в

 

режиме

 

полной

 

вольтоотбавки

 

устраняет

 

дроссель

-

ный

 

режим

 

вольтодобавочного

 

трансформатора

 

ВДТ

 

и

 

выполняет

 

роль

 

защиты

 

трёхфазных

 

ключей

 

от

 

перенапряжений

.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ

 

В

 

СРЕДЕ

 MATLAB

Модель

 

стабилизатора

 

трёхфазного

 

напряже

-

ния

 

в

 

составе

 

комплектной

 

трансформаторной

 

под

-

станции

 [6], 

состоящей

 

из

 

двух

 

одинаковых

 

силовых

 

трансформаторов

 

мощностью

 1000 

кВА

 

и

 

напряже

-

нием

 10/0,4 

кВ

приведена

 

на

 

рис

. 3. 

В

 

ней

 

примене

-

ны

 

два

 IGBT-

транзистора

 

с

 

общей

 

для

 

них

 

системой

 

широтно

-

импульсного

 

регулирования

два

 

трёхфаз

-

ных

 

диодных

 

моста

 

и

 

два

 

трёхфазных

 

нагреватель

-

ных

 

элемента

основной

  (

ЭН

1) 

и

 

дополнительный

 

(

ЭН

2). 

Параметры

 

трансформаторных

 

блоков

 

моде

-

ли

 

определены

 

по

 

паспортным

 

данным

 

на

 

эти

 

транс

-

форматоры

Расчёты

 

физических

 

процессов

 

выпол

-

нялись

 

в

 

разомкнутой

 

и

 

замкнутой

 

системах

.

Исследование

 

физических

 

процессов

 

СТН

 

в

 

со

-

ставе

 

трансформаторной

 

подстанции

 

на

 

первом

 

эта

-

пе

 

производилось

 

без

 

конденсаторов

 

БФК

БФКК

 

и

 

БКК

В

 

этом

 

случае

как

 

показано

 

на

 

рис

. 4, 

наблю

-

даются

 

искажения

 

напряжения

 

на

 

входе

 

силовых

 

трансформаторов

 

СТ

1, 

СТ

и

 

у

 

потребителей

 

как

 

в

 

режиме

 

вольтоприбавления

так

 

и

 

в

 

режиме

 

вольто

-

вычетания

 [1,4] 

и

 

возникают

 

искажения

 

токов

 

в

 

сети

силовых

 

трансформаторах

 

и

 

у

 

потребителей

снижа

-

ющие

 

их

 

коэффициенты

 

мощности

 

и

 

полезного

 

дей

-

ствия

 (

КПД

). 

Подключение

 

конденсатора

 

БФК

 

полно

-

стью

 

устранило

 

искажения

 

напряжения

Применён

 

способ

 

устранения

 

искажений

 

тока

 

и

 

вместе

 

с

 

ними

 

искажений

 

напряжения

 

при

 

помощи

 

колебательного

 

контура

образованного

 

конденсатором

 

БФК

 

и

 

пер

-

вичной

 

обмоткой

 

ВДТ

 [2]. 

Процесс

 

создания

 

конденсатором

 

БФК

 «

зеркаль

-

ных

» 

антиискажений

 

для

 

тока

 

первичной

 

обмотки

 

ВДТ

 

иллюстрируют

 

осциллограммы

приведённые

 

на

 

рис

. 4. 

Здесь

 

искажения

 

тока

 1 

находятся

 

в

 

проти

-

вофазе

 

с

 

током

 3. 

Поскольку

 

ток

 

сети

 2 

является

 

сум

-

мой

 

токов

 1 

и

 3, 

то

 

он

 

будет

 

без

 

искажений

При

 

этом

как

 

следует

 

из

 

осциллограмм

 

рис

. 5—7, 

устраняются

 

также

 

искажения

 

напряжения

Таким

 

образом

чис

-

ленными

 

экспериментами

 

выявлено

что

 

природа

 

искажений

 

напряжения

 

и

 

тока

 

едина

и

 

найден

 

спо

-

соб

 

для

 

их

 

устранения

 [2]. 

Численными

 

экспериментами

 

установлено

 

и

 

проиллюстрировано

 

на

 

рис

. 6—7, 

что

 

во

 

всех

 

ре

-

жимах

 

при

 

подключении

 

конденсатора

 

БФК

 

искаже

-

ния

 

напряжения

 

полностью

 

отсутствуют

При

 

этом

 

в

 

масштабе

представленном

 

на

 

рис

. 7

а

не

 

видны

 

Рис

. 3. 

Модель

 

СТН

 

в

 

составе

 

двухтрансформаторной

 

подстанции


Page 5
background image

75

 2 (29), 

март

апрель

, 2015

Рис

. 4. 

Форма

 

токов

 

на

 

входе

 

подстанций

 

с

 

СТН

 

на

 

интервале

 

полупериода

 (

а

и

 

их

 

растянутый

 

фрагмент

 (

б

)

1— 

ток

 

первичной

 

обмотки

 

ВДТ

; 2 — 

ток

потребляемый

 

из

 

сети

и

 

он

 

же

 — 

суммарный

 

ток

 

на

 

входе

 

силовых

 

трансформаторов

; 3— 

ток

 

конденсатора

 

БФК

.

 

Рис

. 5. 

Фазные

 

напряжения

 

нагрузки

 

в

 

режимах

 

вольтоприбавления

 (

а

и

 

вольтовычетания

 (

б

без

 

конденсатора

 

БФК

Рис

. 6. 

Фазные

 

напряжения

 

нагрузки

 

в

 

режимах

 

вольтоприбавления

 (

а

и

 

вольтовычетания

 (

б

с

 

конденсатором

 

БФК

а

)

б

)

160

140

120

100

80

60

40

20

0

-20

0,161

0,163

0,165

0,167

0,169

0,171

1

2

3

120

100

80

60

40

20

0

-20

0,0666

0,0667

0,0668

0,0669

0,067

0,0671

0,0672

1

2

3

а

)      U

2H HOM

 = 219,5; U

2H 

МАХ

 = 248,6; U

2H MIN

 = 189,6 

б

)      U

2H HOM

 = 219,5; U

2H 

МАХ

 = 248,6; U

2H MIN

 = 189,6 

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018 0,02

0

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018 0,02

0

а

)      U

2H HOM

 = 220; U

2H 

МАХ

 = 249,5; U

2H MIN

 = 190,5 

б

)      U

2H HOM

 = 228,9; U

2H 

МАХ

 = 259,6; U

2H MIN

 = 198,1 

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018 0,02

0

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018 0,02

0


Page 6
background image

76

СЕТИ РОССИИ

остаточные

 

искажения

 

тока

 

в

 

сети

 

и

 

в

 

первичных

 

об

-

мотках

 

силовых

 

трансформаторов

Эти

 

остаточные

 

искажения

 

показаны

 

на

 

рис

. 8 (

кривая

 1), 

где

 

пред

-

ставлен

 

увеличенный

 

фрагмент

 

кривой

 

тока

 

сети

 

в

 

области

 

амплитудного

 

значения

  (

от

 144 

до

 154 

А

). 

На

 

этом

 

же

 

рисунке

 

показана

 

кривая

 2, 

которая

 

по

-

лучена

 

при

 

подключении

 

фильтрокомпенсирующего

 

конденсатора

 

БФКК

нейтрализующего

 

индуктив

-

ность

 

нагрузки

 

СТ

2. 

Из

 

численного

 

эксперимента

 

видно

что

 

подключение

 

вместе

 

с

 

БФК

 

конденсатора

 

БФКК

 

полностью

 

устранило

 

искажения

 

входного

 

тока

 

с

 

уменьшением

 

его

 

величины

 

и

 

фазы

Это

 

нагляд

-

но

 

демонстрирует

 

повышение

 

эффективности

 

по

-

требления

 

и

 

использования

 

электрической

 

энергии

которая

 

характеризуется

 

произведением

 

коэффици

-

ентов

 

мощности

 

и

 

полезного

 

действия

.

Дальнейшее

 

уменьшение

 

фазы

 

и

 

амплитуды

 

входного

 

тока

 

может

 

быть

 

достигнуто

 

подключением

 

батареи

 

косинусных

 

конденсаторов

 

БКК

 (

см

рис

. 1) 

на

 

входе

 

энергосистемы

.

На

 

рис

. 9 

показаны

 

напряжения

 

на

 

первичной

 (

по

-

следовательной

обмотке

 

ВДТ

 

для

 

фазы

 

А

 

при

 

раз

-

личных

 

фиксированных

 

значениях

 

сигнала

 

управле

-

ния

Расчёты

 

произведены

 

в

 

разомкнутой

 

системе

 

при

 

равномерном

 

изменении

 

относительного

 

значе

-

ния

 

сигнала

 

управления

 

от

 1 

до

 -1 

через

 0,1.

Синим

 

и

 

красным

 

цветом

 

показано

 

напряжение

 

вольтодобавки

а

 

зелёным

 

и

 

чёрным

 — 

напряжение

 

Рис

. 7. 

Напряжения

 

и

 

токи

 

сети

 (

а

в

и

 

нагрузки

 (

б

г

при

 

отключённых

 (

а

 , 

б

и

 

подключённых

 (

в

г

конденсаторах

  

БФК

 

и

 

БФКК

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1

2000

1500

1000

500

0

-500

-1000

-1500

-2000

а

)         I

1H HOM

 = 105,2; I

1H 

МАХ

 = 119,1; I

1H MIN

 = 90,8 

б

)       I

2H HOM

 = 1341,7; I

2H 

МАХ

 = 1519,1; I

2H MIN

 = 1158,9

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018

0

0,02

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018

0

0,02

х

10

4

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1

2000

1500

1000

500

0

-500

-1000

-1500

-2000

в

)         I

1H HOM

 = 102,3; I

1H 

МАХ

 = 116; I

1H MIN

 = 88,5

г

)        I

2H HOM

 = 1344,7; I

2H 

МАХ

 = 1524,8; I

2H MIN

 = 1164,1

х

10

4

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018

0

0,02

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018

0

0,02


Page 7
background image

77

 2 (29), 

март

апрель

, 2015

вольтоотбавки

причём

 

в

 

синей

 

областях

 

напряже

-

ние

 

находится

 

в

 

фазе

 

с

 

напряжением

 

сети

а

 

в

 

зелё

-

ной

 — 

в

 

противофазе

В

 

синей

 

и

 

зелёной

 

областях

 

устройство

 

производит

 

амплитудное

 

регулирова

-

ние

а

 

в

 

красной

 

и

 

чёрной

 — 

амплитудно

-

фазовое

 

с

 

плавным

 

переходом

 

от

 

синфазной

 

вольтодобавки

 

к

 

противофазной

 

с

 

преобладанием

 

при

 

малых

 

от

-

клонениях

 

фазового

 

регулирования

Этот

 

процесс

 

происходит

 

естественным

 

путём

 

при

 

реостатно

-

им

-

пульсном

 

регулировании

 

без

 

переключения

 

обмо

-

ток

 

ВДТ

 

с

 

согласного

 

на

 

встречное

 

включение

Он

 

аналогичен

 

более

 

сложному

 

для

 

реализации

 

спосо

-

бу

 

искусственного

 

амплитудно

-

фазового

 

формиро

-

вания

 

напряжения

 

вольтодобавки

 

при

 

помощи

 

ин

-

вертора

 

напряжения

 [5]. 

В

 

синей

 

и

 

красной

 

областях

 

регулирование

 

осуществляется

 

вторым

 

ключом

 

при

 

полностью

 

выключенном

 

первом

 

ключе

а

 

в

 

чёрной

 

и

 

зелёной

 

областях

 

регулирование

 

производится

 

первым

 

ключом

 

при

 

непрерывной

 

подаче

 

сигнала

 

управления

 

на

 

второй

 

ключ

  (

см

рис

. 2). 

Таким

 

об

-

разом

регулирование

 

производится

 

в

 

первом

 

и

 

вто

-

ром

 

поддиапазонах

 

с

 

плавным

 

переходом

  (

между

 

красной

 

и

 

чёрной

 

областью

 

при

 

сигнале

 

управле

-

ния

равном

 

нулю

из

 

режима

 

вольтоприбавления

 

в

 

режим

 

вольтовычетания

когда

 

напряжение

 

на

 

пер

-

вичной

 

обмотке

 

ВДТ

 

имеет

 

минимальную

 

ампли

-

туду

 

и

 

сдвинуто

 

по

 

фазе

 

в

 

сторону

 

опережения

 

от

-

носительно

 

напряжения

 

сети

 

на

 90

о

Минимальная

 

амплитуда

 

напряжения

 

на

 

первичной

 

обмотке

 

ВДТ

 

наблюдается

 

в

 

точках

 

пересечения

 

всех

 

характери

-

стик

  (

рис

. 9) 

и

 

при

 10% 

диапазоне

 

регулирования

 

составляет

 

примерно

 

десятую

 

часть

 

от

 

её

 

макси

-

мального

 

значения

.

На

 

рис

. 10 

приведены

 

внешние

 

характеристики

полученные

 

на

 

модели

 

в

 

среде

 MatLab, 

для

 

транс

-

форматора

 

СТ

1, 

к

 

выходным

 

зажимам

 

которого

 

под

-

ключены

 

наиболее

 

ответственные

 

потребители

.

Здесь

 

синяя

 

характеристика

 

является

 

естествен

-

ной

поскольку

 

она

 

получена

 

при

 

полностью

 

вклю

-

чённом

 

первом

 

ключе

 

и

 

шунтировании

 

добавочного

 

сопротивления

Все

 

остальные

 

характеристики

 

ис

-

кусственные

чёрная

 — 

для

 

номинального

 

режима

когда

 

в

 

цепь

 

вторичной

 

обмотки

 

ВДТ

 

введена

 

поло

-

вина

 

сопротивления

 

дополнительного

 

электронагре

-

вательного

 

элемента

 

ЭН

2, 

бирюзовая

 — 

для

 

полного

 

вольтовычета

когда

 

в

 

цепь

 

вторичной

 

обмотки

 

ВДТ

 

введено

 

полное

 

сопротивление

 

дополнительного

 

электронагревательного

 

элемента

 

ЭН

2, 

а

 

красная

 

и

 

зелёная

 

являются

 

промежуточными

  (

красная

 — 

между

 

чёрной

 

и

 

синей

 

в

 

режиме

 

частичного

 

вольто

-

прибавления

зелёная

 — 

между

 

чёрной

 

и

 

бирюзовой

 

в

 

режиме

 

частичного

 

вольтовычетания

). 

Характери

-

стики

 

получены

 

в

 

разомкнутой

 

системе

 

при

 

равно

-

мерном

 

изменении

 

относительного

 

значения

 

сигна

-

ла

 

управления

 

от

 1 

до

 -1 

через

 0,5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В

 

результате

 

исследований

 

разработано

 

быстро

-

действующее

 

устройство

 

стабилизации

 

напряжения

 

на

 

входе

 

нескольких

 

подстанций

которое

 

отличается

 

простотой

 

конструкции

 

и

 

высокой

 

эксплуатационной

 

надёжностью

.

Рис

. 8. 

Ток

 

сети

 

с

 

конденсаторами

 

БФК

 

(

кривая

 1) 

и

 

с

 

конденсаторами

 

БФК

 

и

 

БФКК

 (

кривая

 2)

Рис

. 9. 

Напряжения

 

на

 

первичной

 

обмотке

 

ВДТ

 

при

 

различных

 

сигналах

 

управления

Рис

. 10. 

Внешние

 

характеристики

 

для

 

СТ

с

 

наиболее

 

ответственными

 

потребителями

2

1

154

152

150

148

146

144

142

0,025

0,026

0,0265

0,0275

0,0285

0,0255

0,027

0,028

 

U

2H HOM

 = 220; U

2H 

МАХ

 = 249,5; U

2H MIN

 = 190,5 

1500

1000

500

0

-500

-1000

-1500

0,002

0,006

0,01

0,014

0,018 0,02

0

U

н

 

300

250

200

150

100

50

0

500

1000

1500

2000

0

I

н


Page 8
background image

78

СЕТИ РОССИИ

Установлено

что

 

повышение

 

КПД

 

подстанции

 

происходит

 

за

 

счёт

 

вынесения

 

потерь

 

электро

-

энергии

 

из

 

силовых

 

трансформаторов

 

на

 

электро

-

нагреватели

 

для

 

вторичного

 

её

 

использования

 (

ути

-

лизации

на

 

нагрев

 

воды

Одновременно

 

с

 

этим

 

устройство

 

повышает

 

коэффициенты

 

мощности

 

подстанции

 

и

 

сети

снижая

 

ток

 

потребления

 

и

 

поте

-

ри

 

в

 

ЛЭП

Наиболее

 

целесообразной

 

областью

 

примене

-

ния

 

являются

 

предприятия

 

агропромышленного

 

комплекса

в

 

состав

 

потребителей

 

которых

 

входят

 

нагревательные

 

элементы

а

 

в

 

технологическом

 

процессе

 

требуются

 

горячая

 

вода

 

или

 

непрерывная

 

подача

 

пара

К

 

ним

 

можно

 

отнести

 

леспромхозы

 

и

 

зверофермерские

 

хозяйства

птицефабрики

 

и

 

мо

-

лочно

-

товарные

 

фермы

молокозаводы

 

и

 

мясоком

-

бинаты

предприятия

 

по

 

производству

 

напитков

 

и

 

многие

 

другие

.

Полезным

 

и

 

рациональным

 

будет

 

применение

 

СТН

 

в

 

системах

 

электро

и

 

теплоснабжения

 

отда

-

лённых

 

рабочих

 

посёлков

 

с

 

предприятиями

 

горно

-

рудной

 

промышленности

  (

золотые

 

прииски

горно

-

обогатительные

 

комбинаты

). 

На

 

этих

 

предприятиях

работающих

 

в

 

условиях

 

мягких

 

внешних

 

характери

-

стик

 

протяжённых

 

электросетей

 

и

 

переменного

 

ха

-

рактера

 

нагрузок

напряжение

 

изменяется

 

в

 

боль

-

ших

 

пределах

 

и

 

в

 

основном

 

находится

 

в

 

области

 

пониженных

 

значений

Вместе

 

с

 

тем

 

современное

 

технологическое

 

оборудование

 

этих

 

производств

 

рассчитано

 

на

 

соответствующее

 

стандарту

 

каче

-

ство

 

напряжения

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Климаш

 

В

.

С

., 

Гнедин

 

П

.

А

Стабилизатор

 

трёхфаз

-

ного

 

напряжения

 

на

 

высокой

 

стороне

 

трансфор

-

маторной

 

подстанции

выполненный

 

на

 

одном

 

транзисторном

 

ключе

 // 

Журнал

 

ЭЛЕКТРО

. — 

2010. — 

 5 — c. 55—60.

2. 

Патент

 

на

 

изобретение

 

 2510123 

РФ

МПК

 

6 G05F 1/2, H02M 5/45. 

Способ

 

регулирования

 

трёхфазного

 

синусоидального

 

напряжения

В

.

С

Климаш

С

.

А

Герасимова

 (

Россия

) // 

Изобре

-

тения

, 2014, 

Б

.

И

 8.

3. 

Патент

 

на

 

изобретение

 

 2461949 

РФ

МПК

 

6 G05F 1/30, H02M 5/45. 

Стабилизатор

 

напря

-

жения

 

на

 

высокой

 

стороне

 

трансформатор

-

ных

 

подстанций

 

предприятия

В

.

С

Климаш

П

.

А

Гнедин

С

.

А

Герасимова

 (

Россия

) // 

Изобре

-

тения

, 2012, 

Б

.

И

 26.

4. 

Патент

 

на

 

изобретение

 

 2178232 

РФ

МПК

 6 

G05F 1/2, H02M 5/45. 

Стабилизатор

 

трехфаз

-

ного

 

синусоидального

 

напряжения

В

.

С

Климаш

 

(

Россия

) // 

Изобретения

, 2002, 

Б

.

И

 1.

5. 

Климаш

 

В

.

С

Вольтодобавочные

 

устройства

 

для

 

компенсации

 

отклонений

 

напряжения

 

и

 

реактив

-

ной

 

энергии

 

с

 

амплитудным

импульсным

 

и

 

фа

-

зовым

 

регулированием

Монография

. — 

Владиво

-

сток

ДВОРАН

Дальнаука

, 2002. — 141 

с

.

6. 

Свидетельство

 

РФ

 

 2011672541 

на

 

программу

 

для

 

ЭВМ

Математическая

 

модель

 

электронно

-

го

 

устройства

 

для

 

промышленного

 

энергоблока

 

в

 

среде

 MatLab/ 

В

.

С

Климаш

П

.

А

Гнедин

  (

Рос

-

сия

) // 

Опубл

. 28.03.2011.


Оригинал статьи: Стабилизатор трёхфазного синусоидального напряжения ТПС с двухподдиапазонным регулированием

Читать онлайн

Для заводов и предприятий, в технологических процессах которых используются электронагревательные элементы, разработана специальная трансформаторная подстанция (ТПС) со стабилизатором трёхфазного напряжения (СТН).

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»