191695. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés hálózati visszahatások optimális csökkentésére

1

191.695

2

A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés, amely a technika állásához képest gyorsabb, pontosabb és megbizhatóbb módon előállított rendelkezőjelek alkalmazása folytán javítja a hálózati visszahatások optimális csökkentésére alkalmazott kompenzáló eszközök hatékonyságát, és lehetővé teszi az alkalmazási kör ki tévésztárét.

A hálózati visszahatások kompenzálására évtizedek óta sokféle megoldást dolgoztak ki, a jelenségeket és azok okait elemző kiterjedt irodalom áll rendelkezésre, és ebben a fogalmak egy részének megnevezése és értelmezése egységesnek tekinthető, más fogalmaké viszont eltérő. A továbbiakban ezért a terminológiában és az ismert fogalmakra és megoldásokra való hivatkozásban néhány kitüntetett irodalmi fonásra támaszkodunk; az e forrásokból megismerhető fogalmak és megoldások részletes ismertetésétől általában eltekintünk:

Az IFAC 1974. évi kongresszusa anyagaiban

D. Schröder által publikált tanulmányra támaszkodunk a villamos forgómezők (háromfázisú hálózatok) feszültségstabilizálásának (633-654.0.) és általánosságban a kompenzáló egységek hatékonyságának (937-943) kérdéskomplexumát illetően.

Az ASEA Journalban (1971, 180-184 .o.) H. Frank és B. Landström által publikált dkk a tirisztor-vezérelt teljesítménytényező javítás kérdését tárgyalja, míg a fémipari üzemekben felmerülő alkalmazástechnikai problémákra is kiterjedően vizsgálja a meddp teljesítmények sztatikus kompenzálásának és a harmonikus szűrésnek a technológiáját az IFAC 1977. évi kongresszusának anyagaiban (945-959.0.)

C. Boison és M. Boidin által publikált tanulmány.

A továbbiakban részletesen nem tárgyalt kérdésekre a források adnak útmutatást. Ahol másra nem utalunk, a vizsgált és/illetve befolyásolt folyamatokat az alapharmonikus meddő teljesítmény vonatkozásában tárgyaljuk.

Az erősáramú ipar, ezen belül is elsősorban az erősáramú elektronika (energia-elektronika) gyors fejlődése azt eredményezte, hogy a felhasználói igényeknek megfelelően az elosztó hálózatra egyre több olyan fogyasztó csatlakozik, amely ronthatja a hálózati feszültség minőségi jellemzőit (amplitúdó, torzítás, szimmetria). E berendezések zavaró hatásának oka részben hálózati áramuk torzultsága, illetve fázisonkénti aszimmetriája, részben pedig a hatásos, illetve meddő teljesítmény — a rendszer szempontjából véletlenszerű — hirtelen változása. A meddő teljesítmény hirtelen .változása okozta feszültségingadozások, a felharmonikus és az aszimmetrikus terhelések - összefoglaló nevükön az ún. hálózati visszahatások - káros következményei annál nagyobbak, minél kisebb a hálózat - csatlakozási pontban mérhető — zárlati teljesítményének és az adott fogyasztó névleges teljesítményének az aránya, vagyis a zárlati viszonyszén. Mivel a zárlati viszonyszám bizonyos értéke felett az okozott zavarok hatása legtöbbször elhanyagolható, ezért a megfelelő zárlati teljesítményű hálózat feleslegessé tehet egyéb intézkedéseket. A különösen nagy - és várhatóan egyre nagyobb - egységteljesítményű nemlineáris fogyasztók, mint például az ívkemencék vagy a szabályozott egyenáramú hajtások csatlakoztatásakor azonban a megengedhető zárlati viszonyszámot sokszor csak jelentős beruházási költségű hálózatfejlesztéssel lehetne elérni. Ráadásul ez a megoldás a hálózati visszahatásokhoz

e

10

20

25

30

35

40

45

50

55

60

szorosan kapcsolódó alapharmonikus meddőteljesít mény kompenzálását nem érintené, ehhez továbbra is külön fázisjavító eszközökre lenne szükség. Az említett fogyasztónál műszaki és gazdasági szempontból egyaránt előnyösebb olyan helyi kompenzáló berendezések alkalmazása, amelyek a fázisjavításon kívül szükség esetén a feszültségingadozások nagyságát, valamint a fogyasztó hálózati áramának felharmonikus tartalmát és esetleges aszimmetriáit is megengedhető mértékűre csökkentik. E járulékos feladatok ellátásé ra a hagyományos fázisjavító eszközök - a szinkron kompenzátorok, illetve a mechanikus kapcsolókkal fokozatokban változtatható teljesítményű kondenzátortelepek - nem alkalmasak. Ezért világszerte élőtérbe kerültek az úgynevezett sztatikus elektronikus meddőkompenzátorok, amelyek kiváló dinamikai tulajdonságokkal rendelkeznek, és a sokrétűvé vált korapenzálási feladatok ellátására is alkalmasak.

A jelenleg alkalmazott berendezések a felharmonikusok csökkentését a domináns felharmonikusok frekvenciáira hangolt szűrőkkel oldják meg. A szűrőköröket pesszimisztikusan a lehetséges max. igénybevételre kell méretezni, mivel a szűrő paraméterek szabályozott változtatására üzem közben nincs mód. A feszültségingadozások és a háromfázisú aszimmetria (vagyis a feszültség negatív sorrendű össze te vő) éne k^ nagyságát a meddőkompenzátor meddő teljesítményét fázisonként megfelelően változtatva lehet csökkenteni. E zavarokkal kapcsolatban tehát a meddőkompenzátort szabályozhatóságának és a fellépő zavarok statisztikus tulajdonságainak figyelembevételével lehet méretezni. A továbbiakban csak az utóbbi kérdéskörrel foglalkozunk.

A szakirodalomból ismert berendezések a kompenzálandó fogyasztói csoport áramából és feszültségéből alapjeleket származtatnak. Az algoritmus aszerint változik, hogy a cél

1) a meddő teljesítmény kompenzálása és a szimmetrizálás (vagyis egyfelől a pozitív sorrendű áram imaginárius részének, másfelől a negatív sorrendű áramnak a megszüntetése); vagy

2) a hosszirányú feszültségesés kompenzálása és a szimmetrizálás, vagy

3) a cos ifi állandó értéken tartása és a szimmetrizálás.

Az 1), 2), 3) feltételek matematikai modellje egy olyan egyenletrendszerhez vezet, amelynek megoldásával adódnak a kompenzátornak a hálózati vonalak közé kapcsolódó, egymástól függetlenül szabályozható egységei által előállítandó meddő teljesítménnyel arányos értékek. Például az 1) feltételrendszer matematikai modelljéből kiindulva (nullvezető nélküli szimmetrikus feszültségrendszert feltételezve):

ahol Qrs, CUt. CUr a meddőkompenzátor szabályozott teljesítményű egységeinek vonali meddő teljesítménye, 0U, Qc, CW pedig a tekintett fogyasztói csoport okozta fázisonkénti eredő meddő teljesítmény. Az egyenletrendszer baloldalán levő alapjeleknek megfelelő meddő teljesítmények előállításával a~ kompenzátor egyidejűleg tesz eleget az 1) szerinti két feltételnek. Hasonló módon vezethető le a 2), ill. 3) szerinti matematikai modellből a vonalankénti —ideálisan -kompenzálandó teljesítmény.

2