Регулятор компенсирующего устройства
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования компенсирующими устройствами. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик компенсирующего устройства за счет увеличения быстродействия регулятора. Это достигается тем, что в регулятор компенсирующего устройства, состоящего из конденсаторной батареи 25, реактора 24 и блока встречно-параллельных тиристоров 22, 23, обеспечивающего управление по реактивному току питающей сети, дополнительно введена коррекция по производным от активного и реактивного составляющих тока, Формирование корректирующего сигнала осуществляется последовательной цепочкой, состоящей из блока 1 задержки, элемента 5 сравнения, второго модулятора 8 и управляемого ключа 13. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ . ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 M 4 О CH ск-б ф г1 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1584032 (21) 4829004/07 (22) 28.05.90 (46) 23.03.92. Бюл. ¹ 11 (71) Владимирский политехнический институт (72) С.И. Малафеев (53) 621.3.072.86(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N 1267532, кл. Н 02 J 3/18, 1985. Авторское свидетельство СССР ¹ 11558844003322, кл. H 02 J 3/18, 1988. (54) РЕГУЛЯТОР КОМПЕНСИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулиро1 5 8 1S Ы 1721705 А2 вания компенсирующими устройствами. Цель изобретения — улучшение динамических характеристик компенсирующего устройства за счет увеличения быстродействия регулятора. Это достигается тем, что в регулятор компенсирующего устройства, состоящего из конденсаторной батареи 25, реактора 24 и блока встречно-параллельных тиристоров 22, 23, обеспечивающего управление по реактивному току питающей.. сети, дополнительно введена коррекция по производным от активного и реактивного составляющих тока, Формирование корректирующего сигнала осуществляется последовательной цепочкой, состоящей из блока 1 задержки, элемента 5 сравнения, второго модулятора 8 и управляемого ключа 13, 2 ил. 1721705 У1 =XI ; у2 = Х1ЛХ2; Уз =ХфХг, 25 Изобретение относится к электротехнике, предназначено для использования в электрических сетях промышленных предприятий с резкопеременными нагрузками и является усовершенствованием изобретения по авт. св. hL 1584032. Цель изобретения — улучшение динамических характеристик. На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора компенсирующего устройства; на фиг. 2 — схема логического блока; на фиг. 3 — временные диаграммы работы регулятора. Регулятор компенсирующего устройства содержит блок 1 задержки, первичный преобразователь 2 тока питающей сети, первичный преобразователь 3 напряжения, источник 4 опорного напряжения, элемент 5 сравнения, первый модулятор 6, фазовращатель 7, второй модулятор 8, первый 9 и второй 10 релейные элементы, первый интегратор 11, логический блок 12, управляемый ключ 13, коммутатор 14, формирователь 15 импульсов сброса, второй интегратор 16 со сбросом, пороговый элемент 17, первый 18 и второй 19 двухвходовые элементы И, первый 20 и второй 21 формирователи импульсов управления тиристорами, первый 22 и второй 23 тиристоры, реактор 24, конденсаторную батарею 25. В регуляторе компенсирующего устройства последовательно соединены элемент 5 сравнения, второй модулятор 8 и управляемый ключ 13, управляющий вход которого объединен с управляющим входом коммутатора 14 и соединен с первым выходом логического блока 12, а выход подключен к суммирующему входу интегратора 16 со сбросом, суммирующий вход элемента 5 сравнения объединен с входом блока 1 задержки и подключен к выходу первичного преобразователя 2 тока, а вычитающий вход подключен к выходу блока 1 задержки, управляющий вход второго модулятора 8 объединен с управляющим входом первого модулятора 6 и соединен с выходом первого релейного элемента 9, последовательно соединены первичный преобразователь 2 тока, первый модулятор 6 и первый интегратор 11, выход которого подключен к первому информационному входу коммутатора 14, второй вход которого соединен с выходом источника 4 опорного напряжения, а выход через последовательно соединенные второй интегратор 16 со сбросом и пороговый элемент 17 подключен к объединенным первым входам первого 18 и второго 19 элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к второму и третьему выходам логического блока 12, а выходы подключены соответственно через первый 20 и второй 21 формирователи импульсов управления тиристорами к управляющим входам встречно-параллельных тиристоров 22 и 23, выход первичного преобразователя 3 напряжения подключен к объединенным входам фазовращателя 7 и второго релейного элемента 10, выход фазовращателя 7 через первый релейный элемент 9 подсоединен к первому входу логического блока 12, второй вход которого соединен с выходом второго релейного элемента 10, а первый выход соединен с управляющим входом коммутатора 14 непосредственно, а к установочному входу второго интегратора 16 со сбросом — через формирователь 15 импульсов сброса. На фиг. 2 приведена схема логического блока, реализующего функцию Логический блок содержит третий 26 и четвертый 29 двухвходовые логические элементы И, двухвходовый логический элемент ИЛИ 27, первый 28 и второй 30 логические элементы НЕ. Первый вход Х> логического блока подключен к объединенным первым входам третьего элемента И 26 и элемента ИЛИ 27, вторые входы которых также объединены и соединены с вторым входом Xz логического блока, выходы третьего элемента И 26 и элемента ИЛИ 27 подключены к входам соответственно первого 28 и второго 30 элементов НЕ, входы четвертого элемента И 29 соединены с выходами первого элемента НЕ 28 и элемента ИЛИ 27, выходы четвертого 29 и тргетьего 26 элементов И и второго элемента НЕ 30 служат выходами логического блока (Y<,У ;Уз). Временные диаграммы, иллюстрирующие работу регулятора компенсирующего устройства, показаны на фиг. 3, где обозначено: i — ток питающей электрической сети; 0 — напряжение в узле нагрузки. Выходные сигналы элементов устройства обозначены символом U с индексом, соответствующим номеру элемента. Первый, второй и третий выходы логического блока обозначены соответственно 0 гл, Un.г, U12.з. Регулятор компенсирующего устройства работает следующим образом. Напряжение питающей электрический сети 1721705 U= UMsin сос; Ug= при 0 t Т/4 и ÇT/4 < t T; Ue и ри О< t 01О= О при Т/2 с Т, 07=КзК70мз!п(а с —. )= = -КзК70мсоз вс, Ug при 0 < t < Т/4 и Т/2 < t < ЗТ/4; 0121 = UQU"",î = О при Т/4 t Т/2 и ÇT/4 t <Т; Ое при Т/4 < t Т/2; 012.2 = Х1АХ2 = О при О t Т/4 и Т/2 t Т; К2!м $!п(сл+ф) при Ug =Upp/4 Ue при ÇT/4 с < Т; 012.3 = Х1!!Хг = О при О К6 — Ks=+1. Импульсы 012.1 с первого выхода логического блока 12 управляют коммутатором 14 и управляемым ключом 13. При 012.1=0 переключающий элемент коммутатора 14 находится в положении а, а управляемый ключ 13 разомкнут. При 012.1=ОЙ переключающий элемент коммутатора 14 находится в положении б, а управляемый ключ 13 замкнут. Импульсы 012.2 и U12.3 с второго и третьего выходов логического блока 12 посту» Сигнал с выхода фазовращателя 7 поступает на вход первого релейного элемента 9. На выходах первого 9 и второго 10 релейных элементов формируются последо5 вательности прямоугольных импульсов соответственно Ue при Т/4 Сигналы Ug и 01о поступают на первый и второй входы логического блока 12, на выходах которого формируются три импульсные последовательности 20 пают на вторые входы логических элементов И 18 и 19, Таким образом, обеспечивается разрешение на включение тиристора 23 только в интервале 25 Т/4 ЗТ/4<с<Т. Ток питающей электрической сети 30 i=lMsin (вс+ф), (1) 1 где !м — амплитуда; ф — фазовый сдвиг тока относительно напряжения, . 35 преобразуется с помощью первичного преобразователя 1 тока в напряжение U2=К2!, где Кг —, коэффициент передачи первичного 40 преобразователя 1 тока. Напряжение U2 поступает на вход первого модулятора 6, который формирует периодический сигнал 1721705 ЗТ/4 2!М К2 5 U6cp=K2 f !м sin etdt sin ф. Т/4 (2) Таким образом, постоянная составляющая выходного сигнала первого модулятора 10 6 пропорциональна реактивной составляющей тока сети. Сигнал О6 с выхода первого модулятора 6 поступает на вход интегратора 11, который формирует сигнал 15 т U«= K« f U6(t)dt. о Так как напряжение U6(t) представляет 20 собой сумму постоянной составляющей U6cp (2) и высших гаРмоник U6, то выхоДной сигнал интегратора 11 также можно представить в виде суммы постоянной составляющей U11 (О), отражающей начальные 25 условия линейно изменяющегося напряжения U11cp(t) = K«U6cpт 2 К2КЗ!м $ пФt X и высших гармоник /Ь ъ. О«=К« f U6(t)dt. о К2 Л!м (t) sin (М вЂ” ф) при L4 = Ое (Т/4 (t (ЗТ/4); — K2 b, iM (t) sin (ât — ф) при L4 = 0 (0 < t < Т/4 и Зс 4< t < T) . с периодом Т/2. Среднее значение выходного сигнала первого модулятора 6 за период его повторения Т/2 равно При этом амплитуды высших гармонических составляющих на выходе интегратора 11 ослабляются в число раз, пропорциональное номеру гармоники. Следовательно, при наличии реактивной составляющей тока напряжение на выходе интегратора 11 возрастает со скоростью, пропорциональной величине этой составляющей. Знак выход ного сигнала интегратора 11 определяется знаком реактивного тока, При ф= 0 среднее значение импульсов на входе интегратора 11 равно 0 и, следовательно, среднее значение его выходного сигнала не изменяется. Коммутатор 14 подключает попеременно к второму входу второго интегратора 16 со сбросом выходной сигнал интегратора 11 55 и опорное напряжение Uo, При 0 т Т/4 и Т/2 т ЗТ/4 на первом выходе логического блока 12 действует сигнал О12.1=Оо, который устанавливает переключающий элемент коммутатора 14 в положение а, Поэтому в указанные интервалы времени к второму входу второго интегратора 16 подключен выход первого интегратора 11. При Т/4 4 опорного напряжения Uo. Выходной сигнал U2 первичного преобразователя тока поступает на вход блока 1 задержки, который выполняет задержку сигнала О2, пропорционального тока i, на период Т. Сигнал U1 с выхода блока 1 задержки поступает на вычитающий вход элемента 5 сравнения, на суммирующем входе которого действует сигнал U2(t). при этом на выходе элемента 5 сравнения формируется сигнал О5=О2 01=K2IM(t)sin(et gr)— К2!м(t — Т) s in(ce t — 1/ )= К2(!м(т) — i M(t — T)) sin(c ) t ф)=К2 Л IMsin(ил- 1/г). Таким образом, на выходе элемента 5 сравнения формируется напряжение, пропорциональное разности сигналов, пропорциональных току сети, задержанному на период. Если амплитуда тока постоянна, то сигнал на выходе элемента 5 сравнения равен О, Если амплитуда тока линейно возрастает, то на выходе элемента 5 формируется переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна скорости изменения тока, а фаза совпадает с фазой тока. Если амплитуда тока линейно уменьшается, то на выходе элемента 5 сравнения формируется напряжение, амплитуда которого пропорциональна скорости изменения тока, а фаза сдвинута на 180 эл,град. относительно сигнала переменного тока. Выходной. сигнал элемента 5 сравнения поступает на информационный вход второго модулятора 8, который формирует периодический сигнал 1721705 Сигнал с выхода второго модулятора 8 через управляемый ключ 13 поступает на первый вход второго интегратора 16 со сбросом. Так как управляемый ключ 13 замкнут в интервалы времени О< t< Т/4 и Т/2< 1<ЗТ/4, а в интервалах времени Т/4 Т/2<т<ЗТ/4. На второй вход второго интегратора 16 со сбросом поступает выходное напряжение коммутатора 14. Формирование импульсов управления тиристорами происходит в каждом полупериоде следующим образом. В начале каждого полупериода (t=0 и t= Т/2) второй интегратор 16 со сбросом устанавливается выходным импульсом формирователя 15 импульсов сброса в исходное состояние, соответствующее 0ы=О. В интервале времени 0« U16(t)=K16 f (011(t)+ 011(0)+ Ue(t))dt= о = K16 f (U11cp(t)+ U11(0))dt+ о t t + К11Кы 1 f U6(t)dt+ оо + К2К16 ) ЛIMSin(Nt (IJ)dt, о где Кы — коэффициент передачи второго интегратора 16 со сбросом. При t--Т/4 выходное напряжение второго интегратора 16 со сбросом достигает значения т/4 0ы (— )=Кы f (011cp(t) 4 о 1 1 + 011(0))dt+K11K16 / / 06(1)й+ о о + — — — — М+ — — — М. 2к 2л Второе слагаемое в правой части выражения (3) представляет собой двойной интеграл от переменной составляющей напряжения на выходе модулятора за четверть периода. Так как при прохождении переменного сигнала через два интегратора амплитуды высших гармоник уменьшаются в число раз, пропорциональное квадрату частоты (например, пятая гармоника ослабляется в 25 раз, а седьмая — в 49 раз), то вторым 5 слагаемым в правой части(3) можно пренебречь и записать уравнение (3) в виде.г Т14 016 (— „) = КЫ ./ (011cp(t)+011(0))dt+ 10 (4) т/а U16(tj=K16 f (U11cp(t)+U11(0))dt+ о K2K16 T Л IM COS ф К2К16 1 Л IM SIA ф 2 2 + К1600(т ) Т 4 (5) 50 При достижении выходным напряжением второго интегратора 16 со сбросом в момент времени to напряжения U переклю55 чения порогового элемента 17 происходит срабатывание последнего, т.е. его выходной сигнал скачком изменяется от 0 до Ue Сигнал 01т=0о поступает на объединенные первые входы первого 18 и второго 19 логиПервое слагаемое в выражении (4) представляет собой интеграл от реактивной составляющей тока электрической сети, второе слагаемое пропорционально скорости изменения активной составляющей тока 20 сети, а третье слагаемое пропорционально скорости изменения реактивной составляющей тока. Следовательно, в момент времени =Т/4 на выходе второго интегратора со сбросом формируется управляющий сигнал, представляющий собой сумму напряжений, пропорциональных интегралу от реактивного тока сети и производным от активной и реактивной составляющих тока. При 1=Т/4 происходит изменение сигнала на первом выходе логического блока 12 с 0е до О. В интервале Т/4<т Т/2 íà первом выходе логического блока 12 действует сигнал 012.1=0. При этом переключающий эле35 мент коммутатора 14 находится в положении б и к входу второго интегратора 16 со сбросом подключен источник опорного напряжения Uo. В результате выходной сигнал второго интегратора 16 со сбросом 40 линейно возрастает от значения 0ы(Т/4) в соответствии с выражением 1721705 12 (6) ческих элементов И, на вторых входах кото- устройства по модулю равен, а по фазе проорого и третьего тивоположен реактивной составляющей товыходов логического блока 12 соответствен- ка нагрузки. При этом обеспечивается но Оа.2=0а (на втором входе логического полная компенсация реактивного тока наэлемента И 18) и U 23 потенциал на рого интегратора 16 со сбросом. Кроме того, аноде которого при t О< «-Т/2 положитель- втечение переходного процесса на первом входе второго интегратора 16 со сбросом в ный. При T/2<ñ =Ò абота устройства проис- 15 интервалах времени О т Т/4и Т/ / «Т/4 и Т/2<с <ЗТ/4 ходит аналогично, но импульс управления с действует сигнал, интеграл от которого проп огового элемента 17 через вто- порционален сумме производных от активрой логический элемент И 19 и второй фор- . ной и реактивнои сос щ тавляю их тока. мирователь 21 имп льсов управления Уменьшение сигнала на выходе второго ает на управляющий вход первого ти- 20 интегратора 16 со сбросом приводит в соотристора 22, потенциал на аноде которого ветствиисуравнением(6)кувеличениюу гла положительный. включения тиристоров 22 и 23 и, следоваСтатическая харак ер кт ристика устройства тельно, уменьшению индуктивного тока 1 .р, ч ез еакто 24. Так как при постоянной амплитуде тока, т.е, Ь!м=О. протекающего через реактор . ак как 25 емкостной ток 1 .б, протекающий через имеет вид конденсаторую батарею 25, остается неиз0 О ч менным, а ток 4.р через реактор уменьшаетU» ч а=и (1 ся,то,следовательно, возрастаетемкостнои го. ) ток i» компенсирующего устроиства, Это Из уравнения (6) следует, что угол вклю- 30 приводит к уменьшению реактивного тока питающей сети. Уменьшение постоянной чения ти исторов изменяется от л при 0 0 о / (1= составлЯющей на выходе пеРвого интегРаТо а 11 происходит до MGMGHT3 llo Hoé KGM0)=0 î x/2 и и U»(0)= Оо. Компенсация реактивной составляю- тора ей тока наг зки происходит следующим пенсации реактивного тока нагрузки. При тока питаю- 35 этом на выходе первого нтегратора устаовое значение постоянной составляющей 011(0), ко орая определяет углы вить в виде суммы трех составляющих включения тиристоров и, при к 22 23, р которых достигается полная компенсация реактивi= ià+i +!К, 1- а р К, где ia — активная составляющая, 4=1мсозф 40 40 ного тока нагрузки. sino) с; т вляю ая основной В случае перекомпенсации (ф<0) p P 3$l COG OC O OA его ст ойства составляющей 011с.р на выходе первого 45 интегратора 11 уменьшение углов включеТок компенсирующего устроиства че е ь является суммой двух ниЯ тиристоров свою очередь явля величение индуктивного тока через реаксоставляющих: нер у ру их: не ег ли емого тока кон- ув то 24. B результате емкостной ток 1к комб т еи 25 one ежающего на- тор пенсирующего устройства уменьшается, пряжение на л. р д. и яжение на 90 эл.град. 50 Уменьшение этого тока происходит до тех пор, пока в сети не установится режим полIK.á COS М ной компенсации реактивного тока нагруз24, основная гармоника которого равна астатическое регулирование реактивного ! к.р — к.р со м 55 тока в узле нагрузки. В исходном состоянии в установившемдующим O6pasoM На входы TpeT его ло п и ф= О нап яжение на выходе » 1 - гического элемента И 26 поступают выходную составляющую О»(), 0 (О) за счет которой ные сигналы первого 9 и второго 10 формируются импульсы управления с такой фазой, при которой ток компенсирующего 1721705 14 U x ° 1 V>) z.z(gz) д®) yo(Х2 55 релейных элементов 09 и 01о (сигналы (X1 и X2). На его выходе формируется сигнал 026=Х1 h, Х2, который является сигналом второго выхода логического блока 012.2. Сигнал 02в поступает на вход первого элемента НЕ 28, на выходе которого ори этом формируется напряжение 028= Х1р, Х2. На входы логического элемента ИЛИ 27 поступают входные сигналы Х1 и Х2, при этом 027=Х1 V X2. Сигнал 027 инвертируется с помощью второго логического элемента HE 30, в результате чего формируется сигнал тоетьего выхода логического блока 012.З=Х1ЛХ2. Сигналы 028 и 027 пОСтупаЮт на вход четвертого логического элемента И 29, который формид ет сигнал 012.1=029=(Х1 6 Х2) (Х1 VX2)= Х 1З(2. . Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает улучшение динамических характеристик регулирования компенсирующего устройства за счет повышения быстродействия устройства, которое достигается введением в сигнал управления производных от активной и реактивной составляющих тока. 5 Формула изобретения Регулятор компенсирующего устройства поавт. св.% 1584032, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, в него введены блок 10 задержки и последовательно соединенные элемент сравнения, второй модулятор и управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с первым выходом логического блока, а выход подключен к 15 суммирующему входу интегратора со сбросом, суммирующий вход элемента сравнения объединен с входом блока задержки и подключен к выходу первичного преобразователя тока, а вычитающий вход — к выходу 20 блока задержки, управляющий вход второго модулятора соединен с выходом первого релейного элемента. 1721705 ХТ Т/2 4 3 Редактор С.Пекарь Заказ 959 Тираж Подписное BHÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Qp К у а иго Составитель С,Малафеев Техред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая
