РЕЛЕ СИНХРОНИЗАЦИИ Российский патент 2004 года по МПК H02J3/40 

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 сигнала сети и генератора и предназначенный для преобразования угла сдвига фазы между напряжением сети и напряжением генератора в постоянное напряжение, и последовательно соединенные сумматор, компаратор и исполнительный элемент, введены первый, второй и третий блоки усреднения и формирования разностного сигнала.

При этом вход первого блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с выходом измерительного преобразователя, первый выход - с первым входом сумматора, а второй выход - с входом второго блока усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен со вторым входом сумматора, а второй выход - с входом третьего блока усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен с третьим входом сумматора.

При этом каждый из первого, второго и третьего блоков усреднения и формирования разностного сигнала выполнен в виде последовательно соединенных блока вычитания, первый вход которого является входом блока усреднения и формирования разностного сигнала, сумматора и фильтра-усреднителя, выход которого является первым выходом блока усреднения и формирования разностного сигнала и соединен со вторыми входами сумматора и блока вычитания, выход которого является вторым выходом блока усреднения и формирования разностного сигнала.

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

Реле синхронизации (фиг.1) содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь 1, первый блок 2 усреднения и формирования разностного сигнала, сумматор 3, компаратор 4 и исполнительный элемент 5, второй блок 6 усреднения и формирования разностного сигнала, вход которого соединен со вторым выходом первого блока 2 усреднения и формирования разностного сигнала, а 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 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, сумматора 9 и фильтра-усреднителя 10, выход которого является выходом упомянутого блока и соединен со вторыми входами сумматора 9 и блока 8 вычитания, выход которого является вторым выходом упомянутого блока.

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 преобразование угла сдвига фазы δ между напряжением сети и напряжением генератора в постоянное напряжение Uδ и может иметь ту же конструкцию, что и в прототипе. При аналоговом выполнении блока 8 вычитания, его вход является взвешенным. В качестве фильтра-усреднителя 10 может быть использован фильтр 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 10 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 Uδ, величина которого пропорциональна разности фаз сигналов напряжения генератора и сети [2; с.351, рис.12. 12; с.352, рис.12. 13]. Как показано в известной литературе [2, с. 352], условием включения генератора с запаздыванием на заданную величину t_оп, обеспечивающую синхронизацию генератора и сети является выполнение следующего равенства:
Uδ+(dUδ/dt)•t_оп+(d²Uδ/dt²)•t2оп

Сумма, указанная в левой части этого уравнения формируется на выходе сумматора 3. Предварительно сигнал Uδ проходит последовательно через блок 8 вычитания и сумматор 9 первого блока 2 и не изменяясь (поскольку из него вычитается и с ним суммируется один и тот же сигнал с выхода фильтра-усреднителя 10) поступает на вход фильтра-усреднителя 10, в котором сглаживаются высокочастотные помехи различной природы. Поэтому на первый вход сумматора 3 из первого блока 2 поступает свободная от высокочастотных помех оценка величины Uδ.

Кроме того, сигнал с выхода бока 8 вычитания первого блока 2 поступает на вход второго блока 6, с выхода которого на второй вход сумматора 3 поступает оценка величины dUδ/dt. Аналогично на выходе третьего блока 7 формируется оценка величины d²Uδ/dt², 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 общ. ред. В.Г. Герасимова 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).

Изобретение относится к электротехнике. Реле синхронизации содержит измерительный преобразователь, сумматор, компаратор, исполнительный элемент и три блока усреднения и формирования разностного сигнала. В устройстве повышается точность работы, поскольку исключается влияние кратковременных сбоев частоты генератора и высокочастотных помех на работу реле, что является техническим результатом. 2 ил.

Реле синхронизации, содержащее измерительный преобразователь, первый и второй входы которого являются входами для подключения сигнала сети и генератора и предназначенный для преобразования угла сдвига фазы между напряжением сети и напряжением генератора в постоянное напряжение, и последовательно соединенные сумматор, компаратор и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены первый, второй и третий блоки усреднения и формирования разностного сигнала, при этом вход первого блока усреднения и формирования разностного сигнала соединен с выходом измерительного преобразователя, первый выход усреднения и формирования разностного сигнала соединен с первым входом сумматора, второй выход - с входом второго блока усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен со вторым входом сумматора, а второй выход - с входом третьего блока усреднения и формирования разностного сигнала, первый выход которого соединен с третьим входом сумматора, при этом каждый из первого, второго и третьего блоков усреднения и формирования разностного сигнала выполнен в виде последовательно соединенных блока вычитания, первый вход которого является входом блока усреднения и формирования разностного сигнала, сумматора и фильтра-усреднителя, выход которого является первым выходом блока усреднения и формирования разностного сигнала и соединен со вторыми входами сумматора и блока вычитания, выход которого является вторым выходом блока усреднения и формирования разностного сигнала.