RU2071633C1

RU2071633C1 - Voltage stabilizer of transformer substation with increased frequency link

Info

Publication number: RU2071633C1
Application number: RU93039673A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Климаш; Петр Дмитриевич Андриенко
Original assignee: Владимир Степанович Климаш; Петр Дмитриевич Андриенко; Комсомольский-на-Амуре политехнический институт
Priority date: 1993-08-02
Filing date: 1993-08-02
Publication date: 1997-01-10

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: proposed voltage stabilizer is designed for connection on low-voltage side of key transformer of substation. It includes two frequency converters 1, 2 and high-frequency step-down transformer placed between them. Frequency converter 1 increases frequency multiple of number of phases relative to network frequency and has D.C. link on basis of controlled rectifier and inverter. Frequency converter 2 decreases frequency to network frequency and presents zero cycloconverter with natural commutation. Control systems of inverter and cycloconverter have capability of simultaneous leading adjustment of phase of voltage of boost which amplitude is regulated by rectifier. Voltage stabilization is carried out by simultaneous action of control systems of rectifier, inverter and cycloconverter with signal of deviation of load voltage from specified level. EFFECT: enhanced functional stability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для узкодиапазонного регулирования или стабилизации трехфазного напряжения на низкой стороне трансформаторной подстанции. The invention relates to electronics, in particular to converter technology, and can be used for narrow-band regulation or stabilization of three-phase voltage on the low side of a transformer substation.

Известен стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции (1), который включен в цепь вторичной обмотки главного трансформатора подстанции с нагрузкой и содержит три однофазных четырехобмоточных трансформатора и три однофазных преобразователя с промежуточным звеном постоянного тока, каждый из которых содержит однофазный управляемый выпрямитель и инвертор с синхронизированными с сетью системами управления. Основной недостаток этого устройства большой вес и габариты трансформаторов. Known voltage stabilizer of a transformer substation (1), which is included in the secondary circuit of the main transformer of the substation with a load and contains three single-phase four-winding transformers and three single-phase converters with an intermediate DC link, each of which contains a single-phase controlled rectifier and an inverter with systems synchronized with the network management. The main disadvantage of this device is the large weight and dimensions of the transformers.

Известен также стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции (2), который взят за прототип. Он по сравнению с предыдущим аналогом имеет улучшенные вес и габариты вследствие того, что суммарная мощность трансформаторного оборудования уменьшена более чем в 4 раза. Стабилизатор включен в цепь нагрузки главного трансформатора подстанции и содержит трехфазный понижающий трансформатор, работающий с частотой, равной частоте сети, а также трехфазные выпрямитель и инвертор с синхронизированными с сетью системами управления. Also known voltage stabilizer transformer substation (2), which is taken as a prototype. Compared with the previous analogue, it has improved weight and dimensions due to the fact that the total power of the transformer equipment is reduced by more than 4 times. The stabilizer is included in the load circuit of the main transformer of the substation and contains a three-phase step-down transformer operating at a frequency equal to the mains frequency, as well as a three-phase rectifier and inverter with control systems synchronized with the network.

Однако и это устройство имеет большие вес и габариты трансформаторного оборудования. Это вызвано прежде всего тем, что понижающий трансформатор осуществляет преобразование напряжения инвертора с пониженной частоты, равной частоте сети. Кроме того, при высокой скорости регулирования фазы вольтодобавки трансформатор требует запас по индукции (дополнительного увеличения объема магнитопровода) во избежание одностороннего подмагничивания. However, this device also has a large weight and dimensions of transformer equipment. This is primarily due to the fact that the step-down transformer converts the inverter voltage from a reduced frequency equal to the mains frequency. In addition, at a high rate of regulation of the phase of the voltage boost, the transformer requires a margin of induction (an additional increase in the volume of the magnetic circuit) in order to avoid one-way magnetization.

Задачей изобретения является улучшение массо-габаритных показателей понижающего трансформатора при сохранении высоких энергетических показателей и быстродействия. The objective of the invention is to improve the mass-dimensional characteristics of a step-down transformer while maintaining high energy performance and speed.

Задача решается за счет того, что введен нулевой циклоконвертор на однооперационных тиристорах с синхронизированной с сетью системой управления, вход циклоинвертора подключен к соединенной в звезду вторичной обмотке понижающего трансформатора, а его выход в рассечку звезды вторичной обмотки главного трансформатора, подключенной своим другими выводами для подключения нагрузки, при этом управляющие входы систем управления выпрямителем, инвертором и циклоинвертором объединены, система управления инвертором выполнена с возможностью повышения частота выходного напряжения инвертора кратно числу фаз по отношению к частоте сети, а система управления циклоинвертором выполнена с возможностью одновременного с системой управления инвертором опережающего регулирования фаз напряжения вольтодобавки. The problem is solved due to the fact that a zero cyclo-converter is introduced on single-operation thyristors with a control system synchronized with the network, the input of the cyclo-inverter is connected to the secondary winding of the step-down transformer connected to the star, and its output into the cut-off star of the secondary winding of the main transformer, connected by its other terminals for connecting the load while the control inputs of the control systems of the rectifier, inverter and cycloinverter are combined, the control system of the inverter is configured to increasing the frequency of the output voltage of the inverter is a multiple of the number of phases relative to the frequency of the network, and the control system of the cycloinverter is configured to simultaneously with the control system of the inverter anticipatory control of the phases of the voltage boost.

На чертеже показан предлагаемый стабилизатор. The drawing shows the proposed stabilizer.

Стабилизатор содержит главный трансформатор 1 подстанции с первичной и вторичной обмотками 2 и 3, понижающий высокочастотный трансформатор 4 с первичной и вторичной обмотками 5 и 6, выпрямитель 7 с системой управления 8. инвертор 9 с системой управления 10, нулевой циклоинвертор 11 с системой управления 12, датчик напряжения 13, элемент сравнения 14 и нагрузку 15. The stabilizer includes a main transformer 1 of the substation with primary and secondary windings 2 and 3, a step-down high-frequency transformer 4 with primary and secondary windings 5 and 6, a rectifier 7 with a control system 8. an inverter 9 with a control system 10, a zero cycloinverter 11 with a control system 12, voltage sensor 13, the comparison element 14 and the load 15.

В качестве инвертора 9 в стабилизаторе может быть успешно применен как инвертор напряжения, так и инвертор тока. В первом случае выпрямитель 7 предоставляет собой двухкомплектный реверсивный преобразователь с емкостным фильтром, а во втором однокомплектный с индуктивным фильтром и сильно отрицательной обратной связью по току для обеспечения двухстороннего пропуска энергии через звено постоянного тока между инвертором 9 и выпрямителем 7. As the inverter 9 in the stabilizer, both a voltage inverter and a current inverter can be successfully used. In the first case, the rectifier 7 provides a two-set reversible converter with a capacitive filter, and in the second one-set with an inductive filter and a strongly negative current feedback to provide two-way energy transmission through the DC link between the inverter 9 and the rectifier 7.

Элементы стабилизатора соединены следующим образом. Вторичная обмотка 3 главного трансформатора 1 включена между выходом циклоконвертора 11 и нагрузкой 15. Первичная обмотка 5 понижающего трансформатора 4 через последовательно соединенные элементы сравнения 14 и датчик напряжения 13 подключены управляющие входы систем управления 8, 10, 12, соответственно выпрямителем 7, инвертором 9 и циклоконвертором 11. Вторичная обмотка 6 понижающего трансформатора 4 подключена к входу циклоконвеpтора 11, а первичная обмотка 2 главного трансформатора 1 подключена к сети. The elements of the stabilizer are connected as follows. The secondary winding 3 of the main transformer 1 is connected between the output of the cycloconverter 11 and the load 15. The primary winding 5 of the step-down transformer 4 is connected via control elements 14 and the voltage sensor 13 to the control inputs of the control systems 8, 10, 12, respectively, rectifier 7, inverter 9 and the cycloconverter 11. The secondary winding 6 of the step-down transformer 4 is connected to the input of the cycloconverter 11, and the primary winding 2 of the main transformer 1 is connected to the network.

Стабилизатор работает следующим образом. В режиме вольтодобавки дополнительный поток энергии направляет из сети в нагрузку 15 через главный трансфоpматор 1, выпрямитель 7, инвертор 9, понижающий трансформатор 4 и циклоконвертор 11, а в режиме вольтовычета из нагрузки в сеть в обратном направлении. Перевод устройства из режима вольтодобавки в режим вольтовычета производится одновременным изменением фазы выходного напряжения и инвертора 9 и циклоконвертора 11. Опережающее регулирование фазы вектора добавочного напряжения относительно напряжения сети производится для улучшения входного коэффициента мощности. При этом в процессе регулирования фазы как от 0, так от π к p/2 производится уменьшение амплитуды вектора добавочного напряжения при помощи выпрямителя 7 для улучшения формы выходного напряжения устройства и ослабления подмагничивающего действия на главный трансформатор 1 при быстром регулировании фазы. При таком плавном продольно-поперечном регулировании вектора напряжение вольтодобавки сохраняется единство алгоритма управления как преобразователем с промежуточным звеном постоянного тока на базе выпрямителя 7 и инвертора 9, так и циклоконвертором 11, что положительно сказывается на динамических характеристиках стабилизатора в пусковых и стационарных режимах при переходах из режима веольтодобавки в режим вольтовычета. The stabilizer works as follows. In the mode of voltage boosting, an additional energy flow directs from the network to the load 15 through the main transformer 1, rectifier 7, inverter 9, step-down transformer 4 and cyclo-converter 11, and in the mode of voltage calculation from the load to the network in the opposite direction. The device is switched from the voltage boost mode to the voltage calculation mode by simultaneously changing the phase of the output voltage and the inverter 9 and the cycloconverter 11. Advance control of the phase of the additional voltage vector relative to the mains voltage is performed to improve the input power factor. Moreover, in the process of regulating the phase, both from 0 and from π to p / 2, the amplitude of the additional voltage vector is reduced with the help of a rectifier 7 to improve the shape of the output voltage of the device and weaken the magnetizing effect on the main transformer 1 with fast phase control. With such a smooth longitudinal-transverse regulation of the vector, the voltage of the booster voltage remains the unity of the control algorithm for both the converter with the intermediate DC link based on the rectifier 7 and the inverter 9, and the cycloconverter 11, which positively affects the dynamic characteristics of the stabilizer in starting and stationary modes during transitions from the mode voltaddavki in the mode of voltaic calculation.

В стабилизаторе применен облегченный высокочастотный трехфазный трансформатор 4, который, участвуя в процессе формирования добавочного напряжения, задает требуемый диапазон стабилизации напряжения. В этом же процессе участвуют инвертор 9 и циклоконвертор 11. Инвертор 9 формирует трехфазное напряжение повышенной частоты, кратной числу фаз по отношению к напряжению сети, например 450 Гц. Это напряжение понижается трансформатором 4 и подается на вход циклоконвертора 11, выполненного по нулевой схеме на трех анодных и трех катодных группах управляющих вентилей. Внутри каждой группы управляемых вентилей коммутация происходит естественным путем за счет питания вентильных групп периодически изменяющимся с высокой частотой напряжением, снимаемым с вторичной обмотки 6 понижающего трансформатора 4, а формирования напряжения вольтодобавки на выходе циклоконвертора 11 с частотой, равной частоте сети производится изменением длительности работы каждой вентильной группы в выпрямительном инверторном режимах при помощи синхронизированной с сетью системы управления 12. The stabilizer uses a lightweight high-frequency three-phase transformer 4, which, participating in the process of generating additional voltage, sets the required voltage stabilization range. The inverter 9 and the cycloconverter 11 participate in the same process. The inverter 9 generates a three-phase voltage of increased frequency that is a multiple of the number of phases with respect to the mains voltage, for example 450 Hz. This voltage is reduced by the transformer 4 and is fed to the input of the cycloconverter 11, made according to the zero scheme on three anode and three cathode groups of control valves. Within each group of controlled gates, switching occurs naturally due to the supply of the valve groups periodically changing with high frequency voltage removed from the secondary winding 6 of the step-down transformer 4, and the formation of voltage boost at the output of the cycloconverter 11 with a frequency equal to the network frequency is made by changing the duration of each valve groups in rectifier invertor modes using a synchronized control system 12.

Стабилизация напряжения на нагрузке производится следующим образом. При увеличении напряжения на входе и соответственно увеличении напряжения на выходе стабилизатора увеличивается сигнал на выходе датчика 13 напряжения нагрузки 15, что приводит к уменьшению сигнала на выходе элемента 14 сравнения, равного разности между напряжением задачи и напряжением обратной связи. Уменьшение разностного сигнала приводит к увеличению фазы добавочного напряжения как в режиме вольтодобавки, так и в режиме вольтовычета, а также к уменьшению в режиме вольтодобавки и к увеличению в режиме вольтовычета напряжения на выходе выпрямителя 7 и амплитуды вектора добавочного напряжения на выходе циклоконвертора 11. Изменение фазы добавочного напряжения производится в результате подачи разностного сигнала на управляющие входы систем управления 10 и 12 соответственно инвертором и циклоконвертором 11, а изменение его амплитуды за счет подачи разностного сигнала на управляющий вход системы управления 8 выпрямителем 7. Stabilization of the voltage at the load is as follows. With an increase in the input voltage and, correspondingly, an increase in the voltage at the output of the stabilizer, the signal at the output of the sensor 13 of the load voltage 15 increases, which leads to a decrease in the signal at the output of the comparison element 14, which is equal to the difference between the voltage of the task and the feedback voltage. A decrease in the difference signal leads to an increase in the phase of the auxiliary voltage both in the voltage boost mode and in the voltage mode, as well as to a decrease in the voltage mode and an increase in the voltage mode of the voltage at the output of the rectifier 7 and the amplitude of the vector of the additional voltage at the output of the cycloconverter 11. Phase change additional voltage is produced as a result of applying a differential signal to the control inputs of control systems 10 and 12, respectively, by the inverter and cycloconverter 11, and a change in its amplitude in account supply differential signal to the control input of the control system 8 of the rectifier 7.

Вышеуказанное изменение амплитуды и фазы добавочного напряжения при его суммировании с напряжением на вторичной обмотке 3 главного трансформатора 1 приводит к уменьшению напряжения на выходе стабилизатора до требуемого уровня. Аналогично происходит работа стабилизатора и при снижении напряжения на входе ниже требуемого уровня. The above change in the amplitude and phase of the auxiliary voltage when it is summed with the voltage on the secondary winding 3 of the main transformer 1 leads to a decrease in the voltage at the output of the stabilizer to the desired level. Similarly, the operation of the stabilizer occurs when the input voltage drops below the required level.

Claims

The voltage regulator of a transformer substation with an increased frequency link, connected on the low side of the main transformer of the substation and containing a rectifier and inverter with control systems synchronized with the network, a step-down transformer with a primary winding connected to the star and through the inverter and rectifier connected in series to the terminals for connecting the load , to which the voltage sensor input is also connected, the output of which is connected to the control input of the system through a comparison element topics of control of the inverter, made with the possibility of adjusting the phase of the voltage boost voltage in the direction of advance relative to the mains voltage, characterized in that a zero cyclo-converter is introduced on single-operation thyristors with a synchronized network control system, the input of the cyclo-converter is connected to the secondary winding of the step-down transformer connected to the star, and its output is the cut of the star of the secondary winding of the main transformer connected by its other terminals to the terminals for connecting the load, while the control inputs of the control systems of the rectifier, inverter and cyclo-converter are combined, the inverter control system is configured to increase the frequency of the inverter output voltage by a multiple of the number of phases relative to the mains frequency, and the cyclo-converter control system is capable of simultaneously controlling the phase of the voltage boost with the inverter control system.