Устройство для регулирования реактивной мощности

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при построении систем электроснабжения для поддержания заданного баланса реактивной мощности. Цель изобретения - повышение надежности. Это достигается введением четырех логических элементов 2U 13-16, двух элементов HE 17,18, элемента задержки 24, синхронизатора 23, RS-триггера 22, двух счетчиков 20,21 и датчика тока нагрузки 29. Принцип работы устройства основан на дискретном изменении емкости конденсаторной батареи 1 блоками коммутации 2 и импульсно-фазовом управлении вентильно-реакторным компенсирующим устройством 3 в функции отклонения величины угла сдвига фаз между током источника питания и напряжением на нагрузке от заданного значения. Устройство позволяет контролировать уровень реактивной мощности в установившемся режиме работы системы и исключить ложное срабатывание канала на подключение или отключение секций конденсаторных батарей. Это позволяет обеспечить высокую надежность за счет обеспечения коммутационной устойчивости автономного инвертора тока, если он применяется в качестве источника электропитания. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4, Н 02 3 3/;8

U о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4275785/24-07 (22) 02.07.87 (46) 07 04 89. Бюл. Ф 13 (71) Саратовский политехнический институт (72) И.И.Артюхов, В.A:Серветник, N.Б.Томашевский, В.A.Гаврилов и В.Ф.Кузьмин (53) 621.3.072.8б(088.8) (56) Патент СЛА Ф 402861 кл. Н 02 Л 3/18, 19 7.

Авторское свидетельство СССР

М - 1272400, кл. Н 02 J 3/18, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при построении систем электроснабжения для поддержания заданного баланса реактивной мощности. Цель изобретения — повышение надежности.

Это достигается введением четырех логических элементов 2И 13-16, двух юч1 дл (!9) s (111,Х I IL <þХ Ф элементов НЕ 17, 18, элемента за— держки 24, синхронизатора 23. RSтриггера 22, двух счетчиков 20, 21 и датчика тока íà-рузки 29. Принцип работы устройства основан на дискретном изменении емкости конденсаторной батареи 1 блоками коммутации 2 и импульсно-фазовом управлении вентильно-реакторным компенсируюшим устройством 3 B функции отклонения величинь угла сдвига фаз ме. :.ду током источника питания и напряжением на нагрузке от заданного значеHHR. Устройство позволяет контролировать уровень реактивной мощности в ус. ановившемся режиме работы системы и исключить ложное срабатывание канала на подключение или отключение секций конденсаторнь1х батаре" toçâîëÿåò обеспечить высокую надежность за счет обеспечения коммутационной устойчивости автономного инвертора тока, если он применяется в качестве источника электропитания. 3 ил.

1471247

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при построении систем электроснабжения для поддержания заданного ба5 ланса реактивной мощности.

Цель изобретения — повьппение надежности.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и 3 —, 1р временные диаграммы, посняющие его работу.

Устройство для регулирования реактивной мощности в системе электроснабжения содержит Il секций 1 конденсаторной батареи, подключаемых к шинам посредством блоков 2 коммутации, и вентильно-реакторное компенсирующее устройство 3. В состав устройства входит также включенный в 20 цепь вентильно-реакторного компенсирующего устройства датчик 4 тока, 1 состоящий из трехфазной группы трансформаторов 5 тока и выпрямителя 6, выход которого подключен.к инверти- 25 рующему входу первого компаратора 7 и инвертирующему входу второго компаратора 8„. другие входы которых подключены соответственно к первому

9 и второму 10 источникам опорного 30 напряжения. Устройство содержит также цифровую пересчетную схему, в состав которой входят шесть логических элементов 2И 11-16 два логи- еских элемента НЕ 17 и 18, логический элемент ИЛИ 19, два счетчика на К

20 и 21 (где К вЂ” число коммутаций вентилей вентипьно-реакторного компенсирующего устройства за период напряжения системы электропитания), RS-триггер 22, синхронизатор 23,элемент 24 задержки и и-разрядный регерсивный регистр 25 сдвига.

При этом вход синхронизатора 23 подключен к шинам системы электроснабжения, а выход соединен с входом

С1 первого счетчика 20, с одним из входов первого 11, в" îðîãî 12, третьего 13 элементов 2И и через элемент

24 задержки с входом синхронизации

С регистра 25 сдвига, а также с одним из входов четвертого 14 и пятого

15 элементов 2И, выход первого компаратора 7 подключен к второму входу первого элемента 2И 11, выход последнего соединен с одним из вхоцов шестого элемента 2И 16 другой вход которого подключен к выходу (первого счетчика 20, я выход соединен с

S-входом триггера 22, выход которого соединен с записывающим D д и управляющим S . входами регистра 25 сдвига, а также с вторым входом четвертого элемента 2И 14, выход которого образует входы сброса RD первого счетчика 20 и R-триггера 22, выход второго компаратора 8 соединен с вторым входом второго элемента

2И 12, выход которого подключен к входу .Ci второго счетчика 21, выход второго компаратора 8 соединен также через первый элемент НЕ 17 с вторым входом третьего элемента 2И 13 а выход последнего подключен к одному из входов логического элемента

2ИЛИ 19, другой вход которого соединен с выходом пятого элемента 2И 15, а выход его образует вход сброса R второго счетчика 21,выход которого соединен с управляющим Б, и через второй элемент НЕ 18 с записывающим

Ль входами регистра 25 сдвига, а также с вторым входом пятого элемента

2И 15.

Цепь управления вентильно-реакторным компенсирующим устройством 3 образует контур, содержащий датчик 26 обратной связи, схему 27 сравнения, блок 28 управления вентильно-реакторным компенсирующим устройством 3 и датчик 29 тока нагрузки, при этом выход последнего подключен к одному из входов датчика 26, другой вход которого подключен к шинам системы электроснабжения, а выход его соединен с одним из входов схемы 27 сравнения, на другой вход которой пос- тупает опорный сигнал, выход схемы

?7 сравнения соединен с входом блока 28 управления, выход которого об- разует управляющий вход вентильнореакторного компенсирующего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Поддержание заданного баланса реактивной мощности в системе электроснабжения осуществляется путем плавного изменения реактивной мощности вентильно-реакторного компенсирующего устройства 3 в функции отклонения величины стабилизируемого параметра (угла ц сдвига фаз между напряжениями системы и током нагрузки) и ступенчатого изменения реактивной мощности за счет подключения (отключения) определенного количества сек1471?47 цин 1 р pi« ) «пп" е»ого при помощи блоков 2 ком»утаиии бятяре«конденсаторов. Сигнал, пропор«иональный углу Ц сдвига фаз, вырабатывается датчиком 26 обратной связи, этот сигнал на схеме ?7 сравнения сравнивается с опорным сигналом Пе и разница подается на информационный вход блока 28 управления вентильно10 реакторным компенсирующим устройством. Последний осуществляет сдвиг по сл едо в ательно с ти вырабатываемых им импульсов управления вентилями компенсатора 3 на временной интервал, 15 пропорциональный величине oòêëoíåH«ÿ угла ч> от заданного значения. Следствием этого является изменение ".еличины потребляемого компенсатором

3 реактивного тока (и, соответствен- 20 но, величины реактивной энергии), что в конечном ито::-е приводит к компенсации воз»ущающего воздействия нагрузки на величину- стабилизируемого параметра.

При глубском изменении нагрузки компенсация возмущающего воздействия осуществляется путем переключения секций конденсаторной батареи. Переключение секций 1 производится на 30 основании информации о величине реактивной мощности комгенсирующего устройства 3 посредством контроля за величиной гока последнего. 11яксимальная реактивная мощность компен- 35 сирующего устройства 3 опрецеляется из условия компенсации реактивной мощности одной секции 1 конденсаторной батареи. Для некоторых систем (например, которые предполагают в gp качестве источника питания автономный инвертор тока) компенсатор 3 должен рассчитываться из условия компенсации реактивной мощности емкостного характера, имеющего место в системе и необходимого для обеспечения коммутационной устойчивости инвертора при кратковременных перегрузках, обусловленных, к примеру, пуском двигателя или подключением индукционного нагревательного поста при централизованном электроснабжении. Логика работы устройства такова, что подключение очередной секции 1 происходит сразу после того, как на одном из интервалов работы компенсатора 3 амплитуда тока последнего станет меньше наперед заданного значения, следующее подключение бvдет т1ронсх од« т}. «р1! Tpх жс уcловпях, но по истечении нре»ен«, равного периоду напряжения с, стемы « необходимого для зятуха««я переходного пронесся «одключения секций 1 рогy лируе»ой части .ко«денся;-opi ой бятяре«.

Отключение очередной секции 1 конденсаторной батареи будет происходить после того, как на всех шести (если схема компенсатора 3 трехфазная мостовая) интервалах работы :M.- Iëèòóäà тока вентильно-реакторного компенсирующего устройства

3 превысит наперед заданное значение. В системах электропитания, построенных на базе автономного инвертора тока, это гарантирует то, что при несимметричном характере нагрузки отключение секций 1 не приведет к аварийному уменьшению реактивной мощности емкостного характера в наиболее загруженной фазе и, как следствие, к срыву инвертирования.

Последовательность работы канала формирования сигнала на подключение очередной секции 1 к шинам системы электроснабжения иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 2 >.

Выделение сигнала, гропорционального току компе:-.сирующе=о устройства

3, производит дя":÷ï-; тока, содержащий тре: фязную группу трансформаторов 5 тока и выпряЫ i åëü б. Этот сигнал поступает на инвертирующий вход первого компаратора 7, на неинвертирующий вход которого поступает опорное напряжение источника 9, величина которого определяет минимально допустимую амплитуду тока ко»пенсирующего устройства 3. На выходе компяратора 7 будет присутствовать сигнал, равный уровню логической единицы, когда напря <ение источника 9 превышает напряжение датчика 4, и равный уровню логического куля в обратном случае. Этот сигнал поступает на один из входов первого элемента 2И 11, на другой вход которого с выхода синхронизатора 23 поступают импульсы, сформированные в момент перехода напряжения системы через ноль. Этот момент будет совмещен с амплитудой тока вентильно-реакторного компенсирующего устройства 3.

Итак, если амплитуда тока компенсирующего устройства 3 в каждый интервал времени превышает эталонный

1471247 6 уровень, на выходе первого элемента

2И 11 постоянно присутствует нулевой уровень. Стоит хотя бы на одном интервале току компенсатора 3 упасть ниже эталонного значения, как ввиду присутствия на выходе компаратора

7 в синхронизирующий момент единичного уровня на выходе элемента 2И 11 появится импульс, который поступает на один из входов шестого элемента

2И 16. На другой вход элемента 16 с вьгхода первого счетчика 20 поступает сигнал логического нуля, если в течение предыдущего периода уже происходила процедура подключения секции 1, и сигнал логической единицы, если указанная процедура места не имела.

Слежение за числом истекших ип-. 20 тервалов после подключения очередной секции 1 осуществляется счетчиком на

K (для трехфазной мостовой схемы К =

6), который после сброса в нупевое состояние шестым по счету прошедшим 25 импульсом с выхода синхронизатора на вход С1 устанавливает на выходе 0+ уровень логической единицы, Таким образом, поступивший на один из входов элемента 2И 16 импульс при нали.- 30 чии на втором входе уровня логической единицы появляется на S-входе RSтриггера. На выходе последнего устапавливается уровень логической едигп цы, который подается на первый управляющий So и первый записывающий D p входы регистра 25 сдвига.

После прихода задержанного на элементе 24 импульса на синхронизнруюгггий С-вход регистра 25 реализуется 40 ,процедура записи логической единицы, в младший разряд регистра 25 и сдвиг выходнои последовательности влево.

Элемент 24 задержки обеспечивает сдвиг синхронизирующего момента за45 писи на время, необходимое для установления требуемьгх уровней íà управляющих S, S, и записывающих П,0, входах регистра 25.

Запись очередной единицы в регистр

50 приводит к срабатыванию соответствующего блока 2 коммутации и подключению очередной секции 1 к шинам системы. Появившийся на выходе О триггера уровень логической единицьг пос55 тупает также на один из входов четвертого логического элемента 2И 14, на другой вход которого поступает залержанный на элементе 24 импульс синхронизации. Появившийся на элементе 14 импульс подается на входы сброса R первого счетчика 20 и триггера 22,устанавливая на выходных выводах последних нулевые уровни прежде,чем появится следующий импульс синхронизации. Тем самым исключается последовательное подключение нескольких секций 1 конденсаторной батареи к выходным шинам системы.

Канал устройства, предназначенный для отключения секций 1 от шин питания системы при избытке реактивной мощности емкостного характера, функционирует следующим образом. В случае, когда сигнал, пропорциональный току компенсирующего устройства 3, меньше напряжения источника 10 — на выходе компаратора 8 будет присутствовать уровень логического нуля, который является запрещающим для работы канала и отключения секций 1 от шин питания. При превьшгении выходным сигналом датчика 4 напряжения источника 10 на выходе компаратора 8 будет присутствовать сигнал логической единицы, который поступает на один из входов второго элемента 2И 12, на выходе которого по приходу импульса синхронизации появляется импульс положительной полярности, подаваемый на С1-вход второго счетчика на К 21.

При последовательном приходе на счетчик К импульсов на выходе последнего устанавливается уровень логической единицы, который поступает на второй управляющий вход S„, а также инвертируется вторым элементом НЕ 18 и поступает на второй записывающий вход

D регистра 25 сдвига. Происходит запись логического нуля в старший разряд регистра и сдвиг выходной последовательности вправо, При этом старшая единица в выходной последовательности заменяется нулем, нулевой сигнал подается на вход соответствующего блока 2 коммутации, который отключает секцию 1 конденсаторов от шин системы.

Цепь сброса счетчика 21 организована такигл образом, чтобы на его выходе устанавливался уровень логического нуля при очередной записи логического нуля в старший разряд регистра, а также на каждом интервале работы компенсатора 3, где сигнал с датчика 4 тока меньше сигнала источка 10 опорного напряжения, Выпол14 71247

20

35

45

50 нение первого условия обеспечивает цепочка из последовательно соединенных пятого элемента 2И 15, на один вход которого поступает выходной сигчал счетчика 21, на второй — задержанные синхроимпульсы, и элемента

ИЛИ 19, выход которого подключен к

R-входу сброса счетч- ка 21. Выполнение второго условия обеспечивает цепочка из последовательно соединенных элементов HE 17, 2И 13 и

ИЛИ 19, причем вход элемента НЕ 17 подключен к выходу второго компаратора 8, а на второй вход элемента

2И 13 подаются импульсы с выхода синхронизатора 23.

Таким образом, устройство для регулирования реактивной мощности в системе электроснабжения позволяет с высоким быстродействием осуществлять дискретно-непрерывное регулирование реактивной мощности. При этом устройство позволяет обеспечить высокую устойчивость работы коммутапионной аппаратуры секций конденсаторных батарей в переходных режимах подключения-отключения последних. Это достигается исключением ложного срабатывания каналов Формирования управляющих импульсов устройствами коммутации секций конденсаторных батарей.

При построении системы электроснабжения на базе автономного инвертора тока в качестве источника питания предлагаемое устройство для регулирования реактивной мощности позволяет обеспечить высокую коммутационную устойчивость работы инвертора в самых различных режимах: внезапном изменении нагрузки, перестройке системы компенсации реактивной мощности (выражающейся в подключении-отключении) секций батареи коммутирующих конденсаторов и др. Важным преимуществом устройства является обеспечение коммутационной устойчивости автономного инвертора тока при несимметричном характере нагрузки. формул а изобретения

Устройство цля регулирования реактивной мощности в системе электроснабжения, содержащее и секций конденсаторных батарей, подключенных к ,выводам для подключения к сети через

1 блоки коммуTации, и вентильно-реак- торное компе нсирующее устройс тво с блоком упрагления, к входу которого подключен бло; сравнения, соециненHb1H с датчиксм обратной с л «и, один из входов которого подк IKiell к вывадам для подключения к сети„датчик

B K. Ti0 ieННЫЙ реакторного компенспрytcv!ET ci устройства, выход датчика тc,êà соецинен с инвертирующим входом первого и неинвертирую-1им входом второго компараторов, первый и второй источники опорного напряжения, соединенные соответственно с неинвертирующим входом первого и инвертирующим входом второго компараторов, выходы которых поцключены к первому и второму логическим элементам 2И соответственно, логический элемент 2ИБ! и и-разрядный реверсивный регистр сдвига, выходы которого соединены с информационными входами соответствующих блоков коммутации, о т л и ч а ю щ е ес я тем., что, с целью повыщения надежности, оно снабжено четырьмя логическими элементами 2И, двумя логическими элементами НЕ, элементом задержки, двумя счетчиками на число коммутаций вентилей вентильно-реакторного компенсирующего устройства за период напряжения системы, RS-триг:-ером, синхронизатором и датчиком тока нагрузки, соедине.иным с дат-;иком обратной связи, при этом вход синхронизатора подключен к выводам для подключения к сети, а выход соединен со счетным входом первого счетчика, с вторыми входами первого и второго логических элементов 2И и с первым входом третьего логического элемента

2И и через элемент задержки с входом синхронизации регистра сдвига и с первыми входами четвертого и пятого логических элементов 2И, выход первого элемента 2И "îåäèíåí с входом шестого логического элемента 2И, другой вход которого подключен к выходу первого счетчика, а выход соединен с

S-входом триггера, выход которого соединен с записывающим и управляющим входами регистра сдвига, а также с вторым входом четвертого элемента ?И., выход которого подключен к сбрасываю= щим входам первого счетчика и R-входом триггера, выход второго логического элемента 2И соединен со счетным входом второго счетчика, выход второго компаратора соединен через пер1471247

10 вый элемент НЕ с вторым входом третьего элемента 2И, выход которого подключен к одному из входов логического элемента 2ИЛИ, другой вход ко,торого соединен с выходом пятого элемента 2И, его выход соединен со сбрасывающим входом второго с летчика, выход которого соединен с управляющим и через второй элемент НЕ с записывающим входами регистра сдвига и с вторым входом пятого элемента 2И.

1471247

Редактор H.Òóïèöà

Заказ 1613/53 Тираж 605 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

2Ф

12

И

18

17

Составитель О.Наказная

Техред JI.Îåðäþêîâà Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ