Устройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих генераторов

 

Использование: в электротехнике, в частности для автоматического регулирования напряжения с выравниванием реактивных нагрузок параллельно работающих генераторов . Цель - повышение качества работы. Сущность изобретения: устройство содержит генераторы 1 и 2, датчики нагрузки 3 и 4, шины 5 с нагрузкой б, сумматоры 7, 8, 10, 20 и 22, генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) 12, ключевые элементы 14-16 и 18, блок релейных элементов 9i-9n, блоки ключевых элементов 19i-19n и 21i-21n, компараторы 11 и 12 и инвертор 17. В устройстве повышается быстродействие и точность поддержания напряжения на шинах генераторов. Это достигается смещением сигнала на выходе ГЛИНА на величину его амплитуды 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОци Алис ти*. IF ских

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 J 3/46

ГОСУДАРСТВЕННЦИ КОМИ; ЕТ пО изОБРетениям и ОткРь тиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4869351/07 (22) 28,09,90 (46) 23.08,92. Бюл. М 31 (71) Пермский политехнический институт (72) Ю.Н,Хижняков (56) Авторское свидетельство СССР и 1003244, кл, Н 02 J 3/46, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N 1365242, кл. Н 02 J 3/46, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАПРЯ)КЕНИЯ С ВЫРАВНИВАНИЕМ НАГРУЗОК ПАРАЛЛЕЛЪНО РАБОТАЮЩИХ

ГЕН Е РАТО РОВ (57) Использование: в электротехнике, в частности для автоматического регулирова„„ Ж„„1757018 А1 ния напряжения с выравниванием реактивных нагрузок параллельно работающих генераторов, Цель — повышение качества работы. Сущность изобретения: устройство содержит генераторы 1 и 2, датчики нагрузки 3 и 4, шины 5 с нагрузкой 6, сумматоры 7, 8, 10, 20 и 22, генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) 12, ключевые элементы 14-16 и 18, блок релейных элементов 91-9„, блоки ключевых элементов

191-19п и?1 -21п, компараторы 11 и 12 и инвертор 17. В устройстве повышается быстродействие и точность поддержания напряжения на шинах генераторов, Это достигается смещением сигнала на выходе

ГЛИНА на величину его амплитуды. 4 ил.

1757018

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического регулирования напряжения с выравн ванием реактивных нагрузок параллельно работающих электромашинных генераторов, Известно устройство для автоматичЕского регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельна работа ащих генераторов, содержащее датчики нагрузки и ключевые элементы по числу I8H9p3торов, первые входы клокачевых элементов подключены к выходу релейного элемента, выполненного с входом для подключения к шинам и уставке заданного напряжения, вторые входы ключевых элементов соединены с выходам блока выбора экстремального тока нагрузки, а их выходы соединены с выводами для подключения обмоток возбуждения генераторов, причем первый вход блока выбора зкстремал ьного тока нагрузки соединен с.âûõîäîì релейного элемента, а второй — с выходом блока датчиков нагрузки.

Метод экстремального генератора с настройкой на максимум и минимум, реализуемый в данном устройстве, увеличивает в два раза частоту автоколебаний и, KBK следствие. уменьшает их амплитуду.

Известно, что частота автоколебаний в релейной системе определяется в основном объектом регулирования. Для релейной системы с инерционным объектом регулирования такой способ коррекции частоты автоколебаний является не эффективным из-за низкой частоты собственных автаколебаний, чта является недостатком устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому эффекту является устройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих генераторов, содержащее датчики нагрузки и ключевые эле".енты по числу генераторов, элемент сравнения с входами для подключения к выходу датчиков нагрузки, релей ный элемент с входами для подключения к питающим шинам, уставке заданного напряжения и выхо у генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входом элемента сравнения, блок выбора экстремального тока нагрузки, содержащий инвертор и четыре элемента И, где выход элемента сравнения соединен с входами первого и четвертого элементов И и через инвертор с входами второго и третьего элементов И, прямой выход релейного элемента соединен с входами первого и второго элементов И, а инверсный выход — с входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого и третьего элементов И соединены с входом ключевого элемента первого генератора, а выходы второго и четвертого элементов И соединены с входам ключевого элемента второго генератора, Дополнительное воздействие генератора линейно изменяющегося напряжения на вход релейной системы при выполнении условий захвата автоколебаний позволяет подавить собственные автоколебания в ней, что обеспечивает инвариантность к объекту регулирования, Теперь в системе идут вынужденные колебания с частотой генератора линейно изменяющегося напряжения, задавая которые, можно получить желаемую динамику в системе, Таким образом, после коррекции релейной системы методом вибрационной линеаризации получена широтно-импульсная

IElMM) система регулирования, реализуемая данным устройством.

Наряду с положительным свойствами, а именно инвариантностью к объекту регулированля, коэффициент усиления системы теперь зависит от величины амплитуды генератора линейно изменяющегося напряженил. Однако уменьшать его амплитуду целью повышения качества (быстродействия) точности регулирования в квазиустановившемся режиме и т.д,) беспредельно нельзя, так как это приведет к срыву колебаний, Цель изобретения — повышение качества работы устройства.

Поставленная цель достигнута в устройстве для регулирования напряжения с выравниванием нагрузки между параллельно работающими генераторами, содержащем генераторы с датчиками реактивной нагрузки, шины снагрузкой,,первый сумматор, вычитающий вход которого соединен с шиной, а суммирующий — с уставкой заданного напряжения, второй сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходами первого генератора а вычитающий — с выходом датчика нагрузки второго генератора, генератзр линейно изменяющегося напряжения и два ключевых элемента, Новым в устройстве является то, что в нега введены три умматора, блок релейных элементов, два компаратора и два блока ключевых элементов, а также инвертор и два ключевых элемента, где выход первого сумматора соединен с суммирующим входом третьего сумматора и входами блока релейных элементов, Выходы которых соединены с вычитающими входами третьего сумматора и с входами, соответственно, первого и второго блока ключевых элементов, выходы третьего и второго сумматоров соединены, соответственно, с первыми вха1757018

Тгл

2 Агл

Si=0 5 Аимп Тгл, Ь =- 0,5 Аимп.

Si

Тгл и! Аимп

К!=

Ост 2 Агл

2 Агл или

1имп u = е Тгл . о

2 Агл,и1 = i Й!=0,5 Аимп,И =Аимп p>, (AI).

4 Атл

Тогда

Статистическая характеристика!-релейного элемента (фиг,3) имеет уровень Ость ширину петли гистерезиса г! = с4 Ост. и смещсна вправо на величину !см — -(!+1- а)! !ст,l, "!исла и выбирается 3-4, чтобы не усложнять 5 устройство.

Примем, что все уровни релейных элементов равны Уст и коэффициент деления а; =- г0,5, Тогда е =0,5 UcT., Uc =-(I+0,5)Ост, Уставка I-релейного элемента Оуст.) и те- 10 кущее значение дискретного сигнала U0 определяются по формулам

Оуст.!. =-. (!+1)!-1ст, !=1 и; Uo=I 0ст, !=-1,п, 15 где I — число возбужденных из п релейных элементов, Сигнал отклонения Л Uo=AU-U с выхода сумматора 10 являетсл входным сигналом кампаратора 11, а сигнал Al=l>-Ig c выхода сумматора 8 — входным сигналом компаратора 12, На компараторы 11 и 12 также подаются сигналы с выходов генератора 13 линейно изменяющегося напряжения.

Формирование однапалярных импульсов на выходе компаратора 11 длител ь н остью t n. pu, пропорциональных выявленному откланени|о Л0, достигается смещением сигнала с выхода генератора 13 на величину его амплитуды Агл.

Из подобия треугольников Л SPC u

Л КТС (фиг,4а) следует

0,5 Тгл 0,5 Т имп. uо

Формирование однополярных импульсов на выходе компаратора 12 дли.- 45 тельностью олимп,p(, пропорциональных выявленному отклонению Л 1, достигается подачей на вход компаратора 12 выходного сигнала генератора 13 без смещения, Из подобия треугольников Л KST и 50

Л PRT (фиг.4б) следует — Т олимп.а! 0,5 Тгл + 2 !."тТ л +

2 Атл

Таким образом, на выходе кампараторов 11 и 12 формируются две последовательности прямоугольных импульсов с разной длительностью, которые зависят от соотношения Атл и входных сигналов Л U и

Л I, но с равным периодом следования Ттл, которое задается генератором 13.

Уровень i-ступени РНП Ост! формируется I-релейным элементом и выбирается равным А л из условия, что включение i-ступени уменьшает длительность импульсов на выходе кампаратора 11 вдвое, причем число дискретав сигнала О определяет число ступеней РНП. Максимальное значение РНП равно Ьп =n Агл.

Причем площадь 1-ступени РНП за период Т,л на выходе !-ключевого элемента где Аимп — амплитуда импульса, формируемого !-ключевым элементом, Уровень i-ступени РНП за l-ключевым элементам

Коэффициенты усиления ключевых элементов 19>-19п. 21 -21,, 14-16 и 18 выбраны равными и определяются по формуле

Управляющее воздействие, формируемое ключевыми элементами 191-19п на генератор 1 и ключевыми элементами 211-21п на генератор 2, определяется по формуле

Управляющие воздействия, формируемые ключевыми элементами 14 и 15 на генераторы 1 и 2 соответственно равны тимп. Аи где p> — — скважность импульсов

" гл на выходе компаратора 11.

Управляющее воздействие, формируемое ключевым элементом 16 на генератор 1, равно ,ИЗ =Аимп j2

1757018

10 тими. AI где >2 — . — скваж Ioo rb импульсов

Ггл на выходе компаратора 12, Управляющее воздействие, формируемое ключевым элементом 18 на генератор 2, равно

/<4 =Аимп 7 3, асими. Л! 10 где ) = — — — скважность импульсов 1 л на выходе инвертора 17.

Суммарное управляющее воздействие на генератор 1 равно р т т1

15 д =,и1 +p +рз =Аимп(0,5I+ )>>i +р) 1

Суммарное управляющее воздействие на генератор 2 равно р

Zg 20

/C =>ICI +/f7 + fC3 =Аимп(,5 + QI + P). г

Устройство работает следующим образом.

При параллельной работе генераторов

1и2 пустьЛU<2AI-fi и IЛi) <А л,чтоговорит о выполнении условий захвата автоколебаний в системе. На выходе компараторов 11 и 12 формируются последовательности им- 30 пульсов. Воздействие последовательности импульсов с выхода компаратора 11 через ключевые элементы 14 и 15 совместно с воздействием РНП через блоки ключевых элементов 19I-19„ II 211-21 на регулирующие органы генераторов, соотвегственно, 35 обеспечивают поддержание напряжения на шинах 5 равным заданному значению. Воздействие последовательности импульсов с выхода компаратора 12 через ключевые элементы 16 и 18, соответственно, на регулируcI0 ющие органы генераторов 1 и 2 обеспечивает распределение реактивной мощности между ними с заданной точностью.

При набросе активно-реактивной нагрузки 6 возникает пропал напряжения на шинах 5 и, как следствие, появление сигнала на выходе сумматора 7. Это вызовет срабатывание I релейных элементов 9.

Соответствующее срабатывание I ключевых элементов 19I-19п и 21i-21 форсированно увеличит возбуждение генераторов 1 и 2, что за минимальное время восстановит напряжение на шинах 5. По мере восстановления напряжения на шинах 5 релейные элементы 19 -19, и 211-21, будут частично

55 отключаться, Отключение, например, генератора 2 Оттг шин 5 вызовет срыв LLINM входного сигнала компаратора 12, так как i2=-0, A =И»Агл. На выходе компаратора 12 появляется едини ца, которая через инвертор 17 закрывает ключевой элемент 16 и открывает ключевой элемент 18 отключенного генера ора 2, При отключении генератора 1 от шин 5

ТОК I)=0, - A I=. I2» (А л I, ЧТО таКЖЕ ВЫЗОВЕТ срыв %ИМ входного сигнала компаратора

12. На его выходе формируется ноль. что закроег ключевой элемент 18 и откроет через инвертор 17 ключевой элемент 16 отключенпогО генератооа 1, Применение предлагаемого устройства rio сравнению с известным позполяе1 существенно повь:сить качество подд.ржания напряжения на шинах, которое з::.:n очается в повышении быстродейс1: ия работы устройства (уменьшение времени первого восстановления напряжения на шинах после наброса нагрузки); повышении точности поддержания напряжения на шинах в кпазиустановившемся режИме из-за увеличения коэффициента усиления устройства: повышении устойчивости работы устройства из-за отсутствия срыва LLlNM npu набросе нагрузки, Дополнительно это повысит производительность питаемого электрооборудования и живучесть автономной электроэнергетической системы в целом.

Формула изобретения

Устройство для регулирования напряжению с выравниванием нагрузок параллель но работающих генераторов, содержащее генераторы с датчиками нагрузки, шины, первый сумматор, вычитающий вход которого соединен с шиной, а суммирующий— с уставкой заданного напряжения, второй сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходом датчика нагрузки первого генератора, а вычитающий — с выходом датчика нагрузки второго генератора, генератор линейно изменяющегося напряжения, два ключевых элемента, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества работы устройства, в него введены три сумматора, блок релейных элементов, два компаратора, два блока ключевых элементов, инвертор и два ключевых элемента, выход первого сумматора соединен с суммирующим входом третьего сумматора ч входами блока релейных элементов, выходы

KoTopbix соединены с вычитающими входами третьего сумматора и с входами соответственно первого и второго блока ключевых элементов, выходы третьего и второго сумматоров соединены соответственно с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соответственно соединены с первым и вторым

) 757018 выходами генератора линейно изменлющегосл напрлженил, выход nepf.oro компаратора соединен с входами первого и второго кл очевых элементов, выход второго компаратора соединен с входом чегвертого ключевого элемента и через инвертор с входом третьего кл|очевого элемента, ыходы первого блока кл очевых элементов первого и третьего ключевых элементов соединены с суммирующими входами четвертого сумматора, ВыхОДы BTopofo блока ключевых элементов второго и четвертого ключевых

5 элементов — с суммирующими входами пятого сумматора, Выходы четвертогО и пятого сумматоров соединены с входами соответстВеннО первогО и BTopof o генератороВ, 1757018

Составитель Ю. Хижняков

Редактор Н. Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор Н, Слободяник

Заказ 3095 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитетэ по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/5

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