УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Российский патент 1994 года по МПК H02J3/42 

Изобретение относится к электроэнергетике/ в частности к области автоматической синхронизации синхронных генераторов.

Известно устройство для автоматической синхронизации синхронныхгенераторов/ вырабатывающее сигнал на включение генераторного выключателя при совпадении фаз и частот синхронизируемых напряжений. Синхронизатор состоит из входного устройства/ содержащего формирователи импульсов и блок контроля совпадения фаз/ и блока включения/ содержащего блок контроля разности частоты/ пороговый элемент и исполнительный орган [1].

Указанное устройство имеет ряд недостатков: использование двухполупериодного выпрямителя в схеме сравнения напряжений генераторов может привести к включению генераторов в противофазе; схема контроля равенства частот/ использующая интегрирующую цепочку/ обуславливает задержку включения выключателя/ а при повторных включениях в связи с возможным остаточным напряжением на конденсаторе возможно включение при недопустимой разности частот.

Известно также устройство защиты от несинхронных включений на параллельную работу/ содержащее два формирователя прямоугольных импульсов с входами для подключения на напряжение сети и генератора/ первый логический элемент И/ первым входом подключенным к выходу одного из формирователей прямоугольных импульсов/ а вторым инвертирующим - к выходу другого формирователя импульсов/ второй логический элемент И/ один вход которого подключен к выходу первого логического элемента И через одновибратор/ а другой - непосредственно включает в себя элемент временной задержки [2].

Недостатком устройства является то/ что контроль величины угла разности фаз между синхронизируемыми напряжениями осуществляется один раз в течение периода/ что снижает быстродействие защиты. Кроме того/ при сбросе или набросе нагрузки возникают переходные процессы в сетях/ которые могут привести к колебаниям напряжения или исказить форму кривой напряжения/ что приводит к смещению момента перехода через ноль и к ложной выдаче сигнала из-за отсутствия контроля разности напряжений источников. Недостатком является также неопределенность момента включения/ а следовательно/ неэффективности применения быстродействующих выключателей.

Цель изобретения - упрощение устройства/ повышение надежности и быстродействия включения на параллельную работу синхронизируемых сетей.

Это достигается путем дополнительного введения элемента временной задержки с перезапуском/ порогового элемента/ причем выход первого формирователя импульсов/ определяющий прохождение начала отрицательных полуволн напряжения генератора/ подключен к первому инверсному входу третьего логического элемента И/ а выход второго формирователя импульсов/ определяющий прохождение отрицательных полуволн напряжения сети/ подключен к второму инверсному входу третьего логического элемента И/ выходы первого и третьего логических элементов И связаны с первым входом второго логического элемента И/ второй вход которого связан через элемент задержки с перезапуском с выходом порогового элемента/ включенного на разность синхронизируемых напряжений.

Рассматривая разность одноименных фаз выпрямленного синусоидального напряжения синхронизируемых источников/ как последовательность положительных импульсов/ меняющих свою амплитуду с течением времени (в зависимости от скольжения и разности напряжений)/ подключают к ним вход порогового элемента/ выход которого связан с входом элемента задержки с перезапуском. Имея на входе элемента задержки с перезапуском последовательность положительных импульсов/ определяемых параметрами синхронизируемых напряжений и величиной задаваемого порога чувствительности U_пор/ на выходе элемента задержки с перезапуском получают низкий уровень напряжения/ определяемый частотами синхронизируемых источников и минимальной величиной времени задержки τ_s. При пропадании на входе элемента задержки с перезапуском положительных импульсов через время τ_s на выходе появляется высокий уровень напряжения/ соответствующий моменту синхронизации источников.

Величина U_пор определяет максимальную разность синхронизируемых напряжений/ при которой возможна синхронизация/ т.е. выполняет функцию контроля разности напряжений синхронизируемых источников.

Величина времени задержки τ_sопределяет блокировку включения при значительной величине скольжения синхронизируемых источников. Следовательно/ данное соединение элементов с выбором соответствующих U_пор и τ_s обеспечивает контроль соблюдения всех условий синхронизации.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграмма/ поясняющая работу устройства.

Устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсов/ на входы которых подаются напряжения U1_вх и U2_вх синхронизируемых источников/ логические элементы И 3 и 4/ входы которых соединены с выходами формирователей 1 и 2/ а выходы соединены с первым входом логического элемента И 5/ порогового элемента 6/ входы которого подключены на разность напряжений синхронизируемых источников/ элемента 7 задержки с перезапуском/ вход которого подключен к выходу порогового элемента 6/ а выход подключен к второму входу логического элемента 5.

Устройство работает следующим образом.

При наличии напряжений на входах формирователи 1 и 2 формируют импульсы постоянной длительности τ положительных и отрицательных полуволн/ передний фронт которых совпадает с нулевым значением мгновенных напряжений U1_вх и U2_вх. Для исключения выдачи сигнала на включение в противофазе служат логические элементы 3 и 4/ которые производят сравнение импульсов положительных и отрицательных полуволн напряжений. Разность частот синхронизируемых напряжений приводит к тому/ что импульсы с течением времени смещаются относительно друг друга. Длительность синхронизирующих импульсов τ (фиг.2) определяет момент "опережения" сигнала на включение коммутационной аппаратуры. Пороговый элемент 6 выпрямляет результирующее напряжение одноименных фаз синхронизируемых источников и преобразует в импульсы/ ширина которых определяется U_пор (фиг.2) и величиной результирующего напряжения U (фиг.2). Импульсы с выхода порогового элемента 6 поступают на вход элемента 7 временной задержки с перезапуском. Передний фронт каждого импульса производит перезапуск элемента 7 временной задержки так/ что на выходе его разрешающий сигнал на включение отсутствует. Если результирующее напряжение U синхронизируемых источников меньше U_пор/ то пороговый элемент 6 прекращает выдачу импульсов/ производящих перезапуск элемента 7 задержки/ и через время задержки τ_s на втором входе логического элемента И 5 появляется сигнал высокого уровня/ разрешающий включение коммутационной аппаратуры. Длительность задержки τ_s(фиг.2) определяется максимально допустимой величиной скольжения синхронизируемых источников и должна соответствовать соотношению T_c/ где T_c - период напряжения сети.

Величина порога чувствительности U_пор определяется допустимой разностью напряжений синхронизируемых источников.

На фиг. 2 показан момент синхронизации двух источников синусоидального напряжения с разной частотой. На входы логической схемы И 5 поступают сигналы от логических схем И 3 и 4 и от элемента задержки 7 с перезапуском. При совпадении сигналов на выходе логической схемы И 5 появляются сигналы U_вых (фиг. 2)/ характеризующие момент прохождения напряжений через нулевые точки при допустимых для синхронизации разнице частот и напряжений синхронизируемых источников.

Таким образом/ контроль совпадения моментов перехода через ноль синусоидального напряжения дважды за период обеспечивает повышение быстродействия включения на параллельную работу/ а контроль разности мгновенных напряжений синхронизируемых источников обеспечивает блокировку включения при недопустимой разности частот/ а также при воздействии переходных процессов или помех в синхронизируемых сетях. Блокировку включения при значительной величине скольжения определяет длительность задержки τ_s.

Автоматический импульсный синхронизатор может быть выполнен как универсальный блок/ пригодный при использовании любых типов устройств точной автоматики.

В качестве функциональных элементов приведенной структурной схемы могут быть использованы готовые функциональные узлы в виде интегральных микросхем.

Предложенное техническое решение отличается от прототипа тем/ что дополнительно вводится третий логический элемент И/ осуществляющий сравнение импульсов/ определяющих прохождение начала отрицательных полуволн синхронизируемых напряжений/ следовательно/ сравнение импульсов происходит каждую половину периода/ что повышает быстродействие и определяет подачу сигнала на включение в момент перехода синхронизируемых напряжений через ноль.

Введение порогового элемента/ включенного на разницу выпрямленных синхронизируемых напряжений/ выход которого соединен с входом элемента задержки с перезапуском осуществляет момент синхронизации/ а также запрет сигнала на включение при возникновении кратковременных выбросов и провалов напряжений/ что отсутствует в прототипе.

Использование: в электроэнергетике при автоматической синхронизации синхронных генераторов. Сущность: устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсов, на входы которых подаются напряжения U1_вх и U2_вх синхронизируемых источников, логические элементы И 3 и 4, входы которых соединены соответственно с выходами формирователей 1 и 2, на которых формируются сигналы положительной и отрицательной полярности, а выходы - с первым входом логического элемента И 5, пороговый элемент 6, входы которого подключены на разность синхронизируемых напряжений, элемент 7 временной задержки с перезапуском, вход которого подключен к выходу порогового элемента 6, а выход - к второму входу логического элемента И 5. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ, содержащее два формирователя импульсов с входами для подключения соответственно на напряжение сети и генератора, первый логический элемент И, первый вход которого подключен к первому выходу первого формирователя импульсов, определяющего начало прохождения положительных полуволн напряжения генератора, второй вход подключен к первому выходу второго формирователя импульсов, определяющего прохождение начала положительных полуволн напряжения сети, выход которого подключен к первому входу второго логического элемента И, отличающееся тем, что в него дополнительно введены третий логический элемент И, элемент задержки с перезапуском, пороговый элемент, причем второй выход первого формирователя импульсов, определяющий прохождение начала отрицательных полуволн напряжения генератора, подключен к первому инверсному входу третьего логического элемента И, второй выход второго формирователя импульсов, определяющий прохождение отрицательных полуволн напряжения сети подключен к второму инверсному входу третьего логического элемента И, выход третьего логического элемента И подключен к первому входу второго логического элемента И, второй вход которого подключен через элемент задержки с перезапуском к выходу порогового элемента, включенного на разность синхронизируемых напряжений.