РЕГУЛЯТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК G05F1/70 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при регулировании реактивной мощности в распределительных электросетях с помощью конденсаторных батарей (КБ).

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении расширения функциональных возможностей регулятора и повышение эффективности за счет пофазного и трехфазного регулирования реактивной мощности (РМ) по времени суток, напряжения в узле нагрузки, по току нагрузки (Ильяшов В. П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. Энергоиздат, 1983.).

Недостатком известных регуляторов является то, что они осуществляют регулирование РМ по одному параметру и не учитывают изменение самой РМ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа регулятор реактивной мощности типа Б2201 (регулятор реактивной мощности типа Б2201. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 02.2.570.001 ТО Рига, 1990), содержащий умножитель, фильтр среднего значения контролируемой величины, устройство установок параметра регулирования, программатор, формирующий команды управления секциями КБ и коммутатор, управляющий исполнительными элементами конденсаторной установки.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные признаки. Они содержат умножитель с широтно-импульсной модуляцией тока и амплитудно-импульсной модуляцией напряжения, фильтр среднего значения контролируемой величины, устройства установок параметра регулирования и их переключения, устройства сравнения и компараторы, преобразователь напряжения в частоту, счетчик импульсов, коммутатор с переменой знака напряжения, программатор, формирующий команды управления секциями КБ и коммутатор, управляющий исполнительными элементами конденсаторной установки.

Недостатком прототипа является то, что он осуществляет регулирование РМ только при симметричной нагрузке.

Указанный недостаток обусловлен тем, что регулятор контролирует изменение тока в одной из фаз и линейное напряжение двух других фаз. При включении индуктивной нагрузки в фазы, в которых ток не контролируется, регулятор изменения РМ не замечает и включения КБ для компенсации индуктивной нагрузки не выполняет.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей регулятора и повышение эффективности регулирования РМ за счет пофазного и трехфазного включения и отключения секций КБ в сетях с несимметричной нагрузкой.

Для достижения поставленной цели регулятор содержит следующие существенные признаки, совокупность которых направлена на решение задачи расширения функциональных возможностей регулятора и повышения эффективности регулирования РМ за счет пофазного и трехфазного включения и отключение секций КБ в сетях с несимметричной нагрузкой, а именно: умножитель с широтно-импульсной модуляцией тока и амплитудно-импульсной модуляцией напряжения с тремя парами входов, на каждый из которых подается линейный ток соответствующей фазы и линейное напряжение двух других фаз, фильтр среднего значения контролируемой величины, устройства уставок параметра регулирования и их переключения, устройства сравнения и компараторы, преобразователь напряжения в частоту, счетчик импульсов, коммутатор с переменой знака напряжения, программатор, формирующий команды управления секциями КБ, коммутатор, управляющий исполнительными элементами конденсаторной установки, блок выделения наибольшего сигнала пропорционального величине реактивной нагрузки с фазочувствительным устройством, который связан с выходами умножителя и через программатор с коммутатором, обеспечивающим пофазное и трехфазное включение и отключение секций КБ.

По отношению к прототипу у заявляемого регулятора РМ имеются следующие отличительные признаки. Умножитель имеет три пары входов, на каждый из которых подается линейный ток соответствующей фазы и линейное напряжение двух других фаз. Это дает возможность контролировать изменение РМ в любой из фаз электрической сети с несимметричной нагрузкой. Регулятор РМ снабжен блоком выделения наибольшего из трех сигналов, пропорциональных величине реактивной нагрузки в фазах, контролируемых умножителем. В блоке выделения наибольшего сигнала имеется фазочувствительное устройство, которое определяет, какой же из фаз принадлежит наибольший сигнал по реактивной мощности, дает указание коммутатору, в какую из фаз включить однофазную конденсаторную секцию.

Конденсаторная установка, режимом которой управляет регулятор РМ в своем составе имеет несколько трехфазных секций (2-6) КБ и по 1-2 однофазные секции, включаемые в каждую из фаз. Исполнительными элементами конденсаторной установки являются контакторы или магнитные пускатели, включающие секции КБ под действием команд коммутатора предлагаемого регулятора РМ.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует причинно-следственная связь. Наличие трех пар входов по току и напряжению в умножитель позволяет контролировать изменение РМ в любой из фаз. Выделение фазы и наибольшего сигнала по реактивной мощности дает возможность включать однофазные секции КБ в фазу, где РМ наибольшая. При этом РМ по фазам выравнивается. При дальнейшем увеличении потребления из сети РМ регулятором РМ включаются трехфазные секции КБ. Таким образом расширяются функциональные возможности регулятора (по сравнению с прототипом) и повышается эффективность регулирования РМ в сетях с несимметричной нагрузкой.

Для осуществления регулятора РМ с отличительными признаками используются традиционные средства и технология, что в регуляторе-прототипе.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения не известна на уровне техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "НОВИЗНА".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат новое свойство объекта совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "Изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть использована в регуляторе реактивной мощности при регулировании РМ в распределительных электросетях с помощью КБ, с получением технического результата, заключающегося в выравнивании реактивной нагрузки по фазам и снижении потребления РМ из сети, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели расширения функциональных возможностей регулятора и повышения эффективности регулирования РМ за счет пофазного и трехфазного включения и отключения секций КБ в сетях с несимметричной нагрузкой, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема регулятора.

Автоматический регулятор РМ содержит умножитель 1 с тремя парами входов, на каждый из которых подается линейный ток соответствующей фазы и линейное напряжение двух других фаз. Блок 2, связанный с умножителем 1 является фильтром среднего значения сигнала, пропорционального РМ. Он в свою очередь связан с блоком выделения наибольшего сигнала из трех фаз с фазочувствительным устройством 3. Блок 3 связан с устройством переключения уставок 4, который в свою очередь связан с устройством установок реактивной мощности 5. Устройство сравнения 6 имеет связь с блоком выделения наибольшего сигнала 3, устройством переключения установок 4, компаратором 7 и коммутатором 8 с переменой знака выходного напряжения. Устройство сравнения 9 связано с устройством установки зоны нечувствительности 10. Устройство сравнения 9, в свою очередь, связано с коммутатором 8, компаратором 11 и преобразователем напряжения в частоту 12. Компаратор 11 и преобразователь 12 связаны со счетчиком 13, который связан с программатором 14, имеющим одновременно связь с коммутатором 7. Программатор 14 имеет связи для передачи команд коммутатору 15 и с фазочувствительным устройством блока 3.

Регулятор реактивной мощности работает следующим образом. При несимметричной нагрузке реактивная мощность в фазах сети различна. В умножителе 1 линейный ток нагрузки каждой фазы проходит широтно-импульсную модуляцию, а линейное напряжение, имеющие по отношению к току дополнительный фазовый сдвиг 90^o амплитудно-импульсную модуляцию. На выходе умножителя 1 формируются для каждой фазы импульсы длительность которых пропорциональна мгновенному текущему значению тока нагрузки, а амплитуда мгновенному значению напряжения. Площадь этих импульсов пропорциональна мгновенному значению мощности, а среднее значение сигнала на выходе умножителя 1 пропорционально реактивной мощности в каждой из трех фаз сети, определяемой по формулам:

где K коэффициент пропорциональности, может быть определен, как произведение коэффициентов в трансформации измерительных трансформаторов тока и напряжения;
Φ_A, Φ_B, Φ_C угол сдвига фаз между током и фазным напряжением.

Блок 2 осуществляет фильтрацию средних значений РМ.

В блоке 3 происходит выделение наибольшей из трех величин сигнала. Устройство уставок реактивной мощности 5 имеет две установки одна установка равна нулю, другая регулируется от 0,1 до 0,7 номинального значения. В блоке 4 осуществляется сравнение сигнала о величине реактивной мощности, получаемого с блока 3 с уставкой блока 5 и автоматически переключается регулируемая уставка. Устройство сравнения 6 формирует на выходе сигнал рассогласования между уставкой и текущим значением реактивной мощности. Этот сигнал поступает на вход компаратора 7, который определяет знак напряжения рассогласования и напряжение регулирования (включать или отключать секции КБ) и на вход коммутатора 8 с переменой знака выходного напряжения. Выходной сигнал с блока 8 подается на устройство сравнения 9, которое осуществляет его сравнение с значением сигнала установки зоны нечувствительности параметра регулирования (реактивной мощности), поступающим от уставки 10. Напряжение, соответствующее рассогласованию текущего значения реактивной мощности с границей зоны нечувствительности поступает с выхода блока 9 на компаратор 11 и на преобразователь напряжения в частоту 12, а с выхода последнего на счетчик импульсов 13. Блоки 12 и 13 реализуют выдержку времени, величина которой зависит от сигнала рассогласования текущего значения реактивной мощности с границей зоны нечувствительности. Компаратор 11 формирует сигнал запрета работы счетчика при нахождении сигнала в зоне нечувствительности. При превышении сигналом значения уставки на вход счетчика 13 поступают импульсы с блока 12, частота следования которых зависит от величины рассогласования. При отсутствии сигнала запрета с выхода блока 11 счетчик 13 отсчитывает эти импульсы и с выдержкой времени выдает команду на включение или отключение секций КБ, которая поступает на вход программатора 14. Направление регулирования (включать или отключать секции) определяется сигналом, поступающим на другой вход программатора 14 с блока 7. Программатор 14 формирует команды управления секциями КБ. Коммутатор 15 осуществляет преобразование потенциальных сигналов, поступающих с блока 14 в релейные, которые управляют исполнительными элементами (контакторами или пускателями) конденсаторной установки.

Конденсаторная установка (на чертеже не показана) имеет по две однофазные секции в каждой фазе и до шести шестифазных секций КБ.

При несимметричной нагрузке блоком 3 выделяется фаза наиболее загруженная реактивной мощностью и в этой фазе включается однофазная секция КБ. Если симметрия нагрузки не восстанавливается, включается вторая однофазная секция. При снижении реактивной нагрузки секции отключаются. При увеличении реактивной нагрузке в трех фазах сети включаются поочередно трехфазные секции КБ. При снижении реактивной нагрузки они автоматически отключаются.

Как показали результаты лабораторной проверки, при использовании заявляемого регулятора РМ обеспечивается расширение функциональных возможностей регулятора и повышение эффективности регулирования РМ за счет пофазного и трехфазного включения и отключения секций КБ в сетях с несимметричной нагрузкой.

Заявляемый регулятор РМ может быть использован в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами "позволяет выравнивать несимметричную нагрузку, снижать потери мощности и электроэнергии в сети".

В связи с этим он представляет значительный интерес для народного хозяйства.

Предлагаемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Изобретение относится к электротехнике и его возможно использовать при регулировании реактивной мощности (РМ) в распределительных электросетях с помощью конденсаторных батарей (КБ). С целью расширения функциональных возможностей регулятора и эффективности РМ за счет пофазного и трехфазного включения и отключения секций КБ в сетях с несимметричной нагрузкой предлагается регулятор РМ, снабженный умножителем с тремя парами входов, на каждый из которых подается линейный ток соответствующей фазы и линейное напряжение двух других фаз, блоком выделения наибольшего сигнала с фоточувствительным устройством и коммутатором, обеспечивающим пофазное и трехфазное включение и отключение секций КБ. Регулятор РМ позволяет выравнивать несимметричную нагрузку, снижать энергопотребление РМ и потери мощности, повышать показатели качества электроэнергии в сети. Может использоваться и в сетях с симметричной нагрузкой. 1 ил.

Регулятор реактивной мощности, содержащий умножитель с широтно-импульсной модуляцией тока и амплитудно-импульсной модуляцией напряжения, выход которого соединен с входом фильтра среднего значения контролируемой величины, первый блок сравнения, вход которого соединен с устройством переключения уставок параметра регулирования, соединенный с блоком уставок параметра регулирования, выходы блока сравнения соединены соответственно с первым компаратором и через коммутатор с переменой знака напряжения с вторым блоком сравнения, к другому входу которого подключено устройство уставки зоны нечувствительности, выходы второго блока сравнения соединены соответственно через второй компаратор и через преобразователь напряжения в частоту со счетчиком, выход которого подключен к входу программатора, формирующего команды управления секциями конденсаторных батарей, подключенного к входам второго коммутатора, выход первого компаратора соединен с входами первого коммутатора и программатора, отличающийся тем, что он снабжен умножителем с тремя парами входов, первые три из которых подключены к выводам для подключения линейного тока соответствующей фазы, а другие к выводам для подключения линейного напряжения двух других фаз, блоком выделения наибольшего сигнала, пропорционального величине реактивной нагрузки с определителем фазы, входы которого соединены с выходами фильтра среднего значения контролируемой величины, первый выход, формирующий сигнал в цифровом трехразрядном коде, обеспечивающем подключение конденсаторной батареи к нужной фазе, соединен с программатором, формирующим команды, второй и третий выходы, формирующие сигнал, пропорциональный наибольшей реактивной мощности, соединены соответственно с первым блоком сравнения и устройством переключения уставок.