РЕЛЕ СИНХРОНИЗАЦИИ Российский патент 2004 года по МПК H01H47/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле синхронизации генератора при его включении в сеть.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле синхронизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь, первый блок дифференцирования, второй блок дифференцирования, сумматор, второй и третий входы которого соединены с выходами измерительного преобразователя и первого дифференцирующего блока, компаратор и исполнительный элемент [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность в условиях кратковременных сбоев в фазовом рассогласовании сигналов сети и генератора или высокочастотных помех.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее измерительный преобразователь, первый и второй входы которого являются входами для подключения сигналов, характеризующих напряжения сети и генератора соответственно, на выходе измерительного преобразователя формируется сигнал, пропорциональный углу между векторами напряжений сети и генератора, и последовательно соединенные сумматор, компаратор и исполнительный элемент, введены первый, второй и третий блоки усреднения и формирования разностного сигнала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных блока вычитания, первый вход которого является входом блока усреднения и формирования разностного сигнала, двухстороннего ограничителя, суммирующего элемента, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, и фильтра-усреднителя, выход которого соединен со вторыми входами суммирующего элемента и блока вычитания и является первым выходом блока усреднения и формирования разностного сигнала, вторым выходом которого является выход двухстороннего ограничителя, при этом вход первого блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с выходом измерительного преобразователя, первый выход первого блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с первым входом сумматора, а второй выход первого блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с входом второго блока усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен со вторым входом сумматора, а второй выход второго блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с входом третьего блока усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен с третьим входом сумматора.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле синхронизации, на фиг. 2 - блока усреднения и формирования разностного сигнала.

Реле синхронизации (фиг. 1) содержит измерительный преобразователь 1, выход которого соединен с входом первого блока 2 усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен с первым входом сумматора 3, выход которого соединен с первым входом компаратора 4, второй вход которого является входом задания порога срабатывания, а выход соединен с входом исполнительного элемента 5, второй блок 6 усреднения и формирования разностного сигнала, вход которого соединен со вторым выходом первого блока 2 усреднения и формирования разностного сигнала, а первый выход соединен со вторым входом сумматора 3, и третий блок 7 усреднения и формирования разностного сигнала, вход которого соединен с выходом второго блока 6 усреднения и формирования разностного сигнала, а первый выход соединен с третьим входом сумматора 3.

Первый 2, второй 6 и третий 7 блоки усреднения и формирования разностного сигнала (фиг. 2) выполнены в виде последовательно соединенных блока 8 вычитания, первый вход которого является входом упомянутого блока усреднения и формирования разностного сигнала, двухстороннего ограничителя 9, выход которого является вторым выходом упомянутого блока усреднения и формирования разностного сигнала, суммирующего элемента 10 и фильтра-усреднителя 11, выход которого является первым выходом упомянутого блока усреднения и формирования разностного сигнала и соединен со вторыми входами суммирующего элемента 10 и блока 8 вычитания.

Исполнительный элемент 5 может быть выполнен в виде обмотки реле с соответствующими контактами, которая через усилитель и включенный на его входе элемент с изменяющимся состоянием (например, транзистор с нулевым исходным состоянием) соединена с выходом компаратора 4. Измерительный преобразователь 1 выполняет те же функции, что и в устройстве-прототипе, - формирует сигнал, пропорциональный разности фаз напряжений генератора и сети. При аналоговом выполнении блоков 8 вычитания, их первые входы являются взвешенными. В качестве фильтров-усреднителей 11 могут быть использованы фильтры нижних частот. При цифровой версии устройства на выходе измерительного преобразователя 1 включается аналого-цифровой преобразователь, блоки 8 вычитания имеют взвешенный первый вход, а фильтры-усреднители 11 могут быть выполнены в виде стандартного цифрового нерекурсивного фильтра, содержащего последовательно соединенные ячейки регистра сдвига, выходы которых через соответствующие ему умножители на величину 1/к, где к - число ячеек фильтра, соединены с входом сумматора, на выходе которого формируется оценка среднего значения величин поступивших отсчетов на скользящем во времени текущем интервале усреднения. Остальные блоки устройства являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков на чертеже опущены как несущественные в рамках данной заявки. Аналогично опущены несущественные цепи синхронизации цифровых элементов при использовании цифровой версии устройства.

Работает реле синхронизации следующим образом.

При включении реле на выходе измерительного преобразователя 1 формируется сигнал U_δ, величина которого пропорциональна углу δ между векторами синхронизируемых напряжений (напряжения генератора и напряжения сети). Как показано в известной литературе [2, с. 352], условием включения генератора при заданном времени опережения t_оп, обеспечивающим синхронизацию генератора и сети, является выполнение равенства
U_δ+(dU_δ/dt)•t_оп+(dU2δ

/dt²)•t2оп = U_2π,
где dU_δ/dt, dU2δ/dt² - первая и вторая производные от U_δ;
U_2π - значение U_δ при угле δ = 2π(0).
Сумма, указанная в левой части этого уравнения, формируется на выходе сумматора 3. Неискаженный аномальными помехами сигнал проходит последовательно через блок 8 вычитания, двухсторонний ограничитель 9 и сумматор 10 первого блока 2 и, не изменяясь (поскольку из него вычитается и с ним суммируется один и тот же сигнал с выхода фильтра-усреднителя 11), поступает на вход фильтра-усреднителя 11, в котором сглаживаются высокочастотные помехи различной природы. При аномальных искажениях (помехах), существенно превышающих возможные текущие приращения входного сигнала относительно его среднего значения, двухсторонний ограничитель 9 устраняет эти искажения. Поэтому на первый вход сумматора 3 из первого блока 2 поступает свободная от высокочастотных помех оценка величины U_δ.
Кроме того, сигнал с выхода двухстороннего ограничителя 9 первого блока 2 поступает на вход второго блока 6, с выхода которого на второй вход сумматора 3 поступает оценка величины (dU_δ/dt)•t_оп. Аналогично на выходе третьего блока 7 формируется оценка величины (dU2δ/dt²)•t2оп, которая поступает на третий вход сумматора 3, результирующий сигнал с выхода которого сравнивается в компараторе с пороговым значением U_2π В момент равенства на выходе компаратора 4 формируется короткий импульс с уровнем логической единицы, приводящий к срабатыванию исполнительного элемента 5. Этим самым обеспечивается синхронное подключение генератора к сети.

Таким образом, в предложенном техническом решении повышается точность работы, поскольку исключается влияние кратковременных сбоев частоты генератора и высокочастотных помех на работу реле.

Источники информации
1. Электротехнический справочник. В 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией Герасимова В.Г. и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998, с.390, рис.35.10.

2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.352, рис.12.13 (прототип).

Использование: в электротехнике в качестве реле синхронизации генератора при его включении в сеть. Технический результат заключается в повышении точности работы, поскольку исключается влияние кратковременных сбоев частоты генератора и высокочастотных помех на работу реле за счет усреднения на текущем интервале оценок сигнала биений частоты и первой и второй производных и исключения из них аномальных искажений сигнала. Реле синхронизации содержит измерительный преобразователь, сумматор, компаратор, исполнительный элемент и три блока усреднения и формирования разностного сигнала. 2 ил.

Реле синхронизации, содержащее измерительный преобразователь, первый и второй входы которого являются входами для подключения сигналов, характеризующих напряжения сети и генератора, соответственно, на выходе измерительного преобразователя формируется сигнал, пропорциональный углу между векторами напряжений сети и генератора, и последовательно соединенные сумматор, компаратор и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены первый, второй и третий блоки усреднения и формирования разностного сигнала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных блока вычитания, первый вход которого является входом блока усреднения и формирования разностного сигнала, двухстороннего ограничителя, суммирующего элемента, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, и фильтра-усреднителя, выход которого соединен со вторыми входами суммирующего элемента и блока вычитания и является первым выходом блока усреднения и формирования разностного сигнала, вторым выходом которого является выход двухстороннего ограничителя, при этом вход первого блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с выходом измерительного преобразователя, первый выход первого блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с первым входом сумматора, а второй выход первого блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с входом второго блока усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен со вторым входом сумматора, а второй выход второго блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с входом третьего блока усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен с третьим входом сумматора.