СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНЫХ НАГРУЗОК Российский патент 2008 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности дизель-генераторов (ДГ), работающих параллельно.

Известна система распределения реактивных нагрузок, содержащая N дизель-генераторов, N устройств возбуждения генератора, N выключателей генераторов, N регуляторов напряжения, обеспечивающая параллельную работу ДГ на общую шину нагрузки [1, с.276].

Известная система обеспечивает распределение реактивной мощности между ДГ за счет настройки параметров напряжения, исходя из регуляторной характеристики, имеющей статизм (наклон). Основной недостаток указанной системы - недостаточная точность равномерного распределения реактивной мощности нагрузки между ДГ, что приводит к снижению фактической мощности, которую могут отдавать ДГ при параллельной работе, по сравнению с их суммарной установленной мощностью. Кроме того, в данной системе может происходить недопустимое отклонение напряжения от заданного значения при изменении нагрузки в широком диапазоне

Наиболее близким аналогом является система распределения реактивных нагрузок, содержащая N дизель-генераторов, N устройств возбуждения генератора, N выключателей генераторов, N регуляторов напряжения, уравнитель реактивных нагрузок и шину нагрузки [1, с.279]. Выходы каждого ДГ через выключатели генераторов соединены с шиной нагрузки, с первыми входами соответствующих регуляторов напряжения и с соответствующими входами уравнителя реактивных нагрузок, выходы которого соединены с вторыми входами соответствующих регуляторов напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами устройств возбуждения ДГ.

В известной системе регулирование ведется со статизмом по исчезающему в конце процесса регулирования отклонению текущей реактивной мощности каждого ДГ от мощности, установленной уравнителем реактивных нагрузок. Несмотря на более точное распределение реактивных мощностей между ДГ, данная система имеет следующие недостатки: необходимость уравнительных связей между ДГ усложняет конструкцию и затрудняет реализацию системы для удаленных агрегатов.

Целью изобретения является повышение точности равномерного распределения реактивных нагрузок между параллельно работающими ДГ.

Для достижения поставленной цели в систему распределения реактивных нагрузок, содержащую N дизель-генераторов, N устройств возбуждения генератора, N выключателей генераторов, N регуляторов напряжения, шину нагрузки, причем первые выходы всех выключателей генераторов соединены с шиной нагрузки, а вторые выходы - с первыми входами соответствующих регуляторов напряжения, выходы которых соединены с входами соответствующих устройств возбуждения генератора, дополнительно введены N индивидуальных измерителей реактивной мощности, каждый из которых состоит из первого, второго, третьего измерителей тока, первого, второго, третьего конденсаторов, первого, второго, третьего датчиков Холла, первого, второго, третьего электромагнитов, резонансного фильтра, причем первый вход индивидуального измерителя реактивной мощности через входную цепь первого измерителя тока соединен с первым выводом первого электромагнита и с его первым выходом, второй вход индивидуального измерителя реактивной мощности через входную цепь второго измерителя тока соединен с первым выводом второго электромагнита и с его вторым выходом, третий вход индивидуального измерителя реактивной мощности через входную цепь третьего измерителя тока соединен с первым выводом третьего электромагнита и с его третьим выходом, четвертый вход индивидуального измерителя реактивной мощности соединен с объединенными вторыми выводами первого, второго, третьего электромагнитов и с его четвертым выходом, выходная цепь первого, второго, третьего измерителей тока через соответствующие первый, второй и третий конденсаторы соединена с первым и вторым входами соответствующих датчиков Холла, пятый выход индивидуального измерителя реактивной мощности соединен с выходом резонансного фильтра, вход которого соединен с четвертым выходом первого датчика Холла, третий выход которого соединен с четвертым выходом второго датчика Холла, третий выход которого соединен с четвертым выходом третьего датчика Холла, третий выход которого соединен с шестым выходом измерителя реактивной мощности, N датчиков мощности нагрузки, N делителей, N усилителей отклонения мощности, причем, первые, вторые, третьи и четвертые выходы ДГ соединены с соответствующими входами индивидуальных измерителей реактивной мощности, первые, вторые, третьи и четвертые выходы которых соединены с соответствующими входами выключателей генераторов, входы датчиков мощности нагрузки соединены с шиной нагрузки, а их выходы - с входами соответствующих делителей, выходы которых соединены с вторыми входами соответствующих усилителей отклонения мощности, третьи входы которых соединены с корпусом, а первые входы - с пятыми выходами соответствующих индивидуальных измерителей реактивной мощности, шестые выходы которых соединены с корпусом, выходы усилителей отклонения мощности соединены с вторыми входами соответствующих регуляторов напряжения.

Сущность изобретения заключается в следующем. В известной системе распределение нагрузок ДГ осуществляется по отклонению текущей реактивной мощности каждого ДГ от средней реактивной мощности. Сигнал, пропорциональный средней мощности ДГ, формируется уравнителем реактивных нагрузок за счет введения уравнительных связей. Наличие уравнительных связей в многоагрегатных системах электроснабжения неизбежно приведет к разбросу их параметров, что отрицательным образом скажется на точности формирования управляющих сигналов.

Для устранения указанного недостатка целесообразно отказаться от уравнителей реактивных нагрузок за счет введения автономных каналов регулирования по отклонению текущей реактивной мощности каждого ДГ от средней реактивной мощности. Сигнал, пропорциональный средней реактивной мощности, можно сформировать на основе датчиков мощности нагрузки и делителей, а сигнал, пропорциональный отклонению средней мощности от текущей реактивной мощности каждого ДГ, - на основе соответствующих усилителей.

Наряду с этим, точность равномерного распределения реактивных нагрузок можно повысить за счет использования в качестве индивидуальных измерителей реактивной мощности преобразователей мощности на датчиках Холла.

Известно, что выходное напряжение датчика Холла определяется следующим выражением (2, с.250, 251):

Если подключить токовый вход датчика Холла к измерителю фазного тока через конденсатор, а магнитный вход параллельно фазному напряжению, то составляющие выходного напряжения U_y будут определяться следующим образом:

На выходе датчика Холла будет формироваться следующий сигнал:

Из последней формулы видно, что выходное напряжение датчика Холла пропорционально среднему значению измеряемой реактивной мощности (первое слагаемое формулы 3).

Переменную составляющую (второе слагаемое формулы 3) выходного напряжения U_y можно исключить за счет включения в выходную цепь датчика Холла параллельного резонансного фильтра, настроенного на частоту 2.

Для измерения реактивной мощности четырехпроводной системы необходимо выходы каждого датчика Холла соединить последовательно для суммирования их сигналов согласно схемы, приведенной на фигуре 2.

Структурная схема системы распределения реактивных нагрузок представлена на фигуре 1, где:

1.1-1.N - дизель-генераторы;

2.1-2.N - устройства возбуждения генератора:

3.1-3.N - индивидуальные измерители реактивной мощности, схема которых изображена на фигуре 2, где:

3.1.1, 3.1.2, 3.1.3 - первый, второй, третий измеритель тока соответственно;

3.1.4, 3.1.5, 3.1.6 - первый, второй, третий конденсатор соответственно;

3.1.7, 3.1.8, 3.1.9 - первый, второй, третий датчики Холла соответственно;

3.1.10, 3.1.11, 3.1.12 - первый, второй, третий электромагнит соответственно;

3.1.13 - резонансный фильтр;

4.1-4.N - выключатели генераторов;

5.1-5.N - регуляторы напряжения;

6 - шина нагрузки;

7.1-7.N - датчики мощности нагрузки;

8.1-8.N - делители;

9.1-9.N - усилители отключения мощности.

Первый, второй, третий, четвертый выходы каждого ДГ 1.1-1.N соединены с соответствующими входами индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N, первые входы индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N через входные цепи первых измерителей тока 3.1.1-3.N.1 соединены с первыми выводами первых электромагнитов 3.1.10-3.N.10 и с их первыми выводами, вторые входы индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N через входные цепи вторых измерителей тока 3.1.2-3.N.2 соединены с первыми выводами вторых электромагнитов 3.1.11-3.N.11 и с их вторыми выходами, третьи входы индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N через входные цепи третьих измерителей тока 3.1.3-3.N.3 соединены с первыми выводами третьих электромагнитов 3.1.12-3.N.12 и с их третьими выходами, четвертые входы индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N соединены с объединенными вторыми выводами первых 3.1.10-3.N.10, вторых 3.1.11-3.N.11, третьих 3.1.12-3.N.12 электромагнитов и с их четвертыми выходами, выходные цепи первых измерителей тока 3.1,1-3.N.1 через первые конденсаторы 3.1.4-3-N.4 соединены с первыми и вторыми входами первых датчиков Холла 3.1.7-3.N.7, выходные цепи вторых измерителей тока 3.1.2-3.N.2 через вторые конденсаторы 3.1.5-3.N.5 соединены с первыми и вторыми входами вторых датчиков Холла 3.1.8-3.N.8, выходные цепи третьих измерителей тока 3.1.3-3.N.3 через третьи конденсаторы 3.1.6-3.N.6 соединены с первыми и вторыми входами третьих датчиков Холла 3.1.9-3.N.9, информационные пятые выходы индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N соединены с выходами резонансных фильтров 3.1.13-3.N.13, входы которых соединены с четвертыми выходами первых датчиков Холла 3.1.7-3.N.7, третьи выходы которых соединены с четвертыми выходами вторых датчиков Холла 3.1.8-3.N.8, третьи выходы которых соединены с четвертыми выходами третьих датчиков Холла 3.1.9-3.N.9, третьи выходы которых соединены с информационными шестыми выходами индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N и корпусом, первые, вторые, третьи и четвертые выходы индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N соединены с соответствующими входами выключателей генераторов 4.1-4.N, первые выходы которых соединены с шиной нагрузки 6, а вторые - с первыми входами соответствующих регуляторов напряжения 5.1-5.N, выходы которых соединены с входами соответствующих устройств возбуждение генератора 2.1-2.N, а вторые их входы соединены с выходами соответствующих усилителей отклонения мощности 9.1-9.N, третьи входы которых соединены с корпусом, первые входы - с пятыми выходами соответствующих индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N, а вторые входы - с выходами соответствующих делителей 8.1-8.N, входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков мощности нагрузки 7.1-7.N, входы которых соединены с шиной нагрузки 6.

Устройства возбуждения генераторов 2.1-2.N предназначены для формирования основного магнитного потока в синхронных генераторах и являются исполнительными элементами регуляторов напряжения 5.1-5.N с самовозбуждением.

Индивидуальные измерители реактивной мощности 3.1-3.N предназначены для формирования сигналов с пятого и шестого их выводов, пропорциональным текущим значениям реактивных мощностей каждого ДГ 1.1-1.N. Схема индивидуального измерителя реактивной мощности для четырехпроводной системы приведена на фигуре 2.

Выключатели генераторов 4.1-4.N предназначены для подключения генераторов к шине нагрузки 6 и первым входам регуляторов напряжения 5.1-5.N.

Датчики мощности нагрузки 7.1-7.N предназначены для формирования сигнала, пропорционального текущему значению общей реактивной мощности нагрузки. Эти датчики могут быть также реализованы по схеме индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N (фигура 2).

Делители 8.1-8.N предназначены для формирования сигнала, пропорционального текущему среднему значению реактивной мощности нагрузки единичного ДГ 1.1-1.N за счет выполнения функции деления текущей общей реактивной мощности нагрузки на число N - количество параллельно работающих ДГ 1.1-1.N.

Усилители отклонения мощности 9.1-9.N представляют собой дифференциальные усилители, предназначенные для усиления разности сигналов, поступающих на их входы.

Система работает следующим образом. При включении ДГ 1.1-1.N на параллельную работу и равномерном распределения их реактивных нагрузок выходное напряжение ДГ 1.1-1.N через выключатели генераторов 4.1-4.N подается на первые входы соответствующих регуляторов напряжения 5.1-5.N. Регуляторы напряжения 5.1-5.N формируют управляющие сигналы, которые подаются на соответствующие устройства возбуждения генератора 2.1-2.N и обеспечивают требуемое отклонение напряжения на шине нагрузки 6. В этом случае, сигналы на вторых входах регуляторов напряжения 5.1-5.N равны нулю, так как будут равны между собой сигналы с пятых выходов соответствующих индивидуальных измерителей реактивной мощности 3.1-3.N и сигналы с выходов соответствующих делителей 8.1-8.N, которые совместно с датчиками мощности нагрузки 7.1-7.N формируют сигналы, пропорциональные текущей средней реактивной мощности для каждого ДГ 1.1-1.N. Таким образом, равенство сигналов на первых и вторых входах усилителей отклонения мощности 9.1-9.N приведет к отсутствия сигнала на их выходах.

В случае отклонения реактивной мощности какого-либо из ДГ 1.1-1.N от среднего их значения нарушится равенство сигналов на первых и вторых входах усилителей отклонения мощности 9.1-9.N, что приведет к появлению выходного сигнала определенного знака на их выходах, а следовательно и на вторых входах регуляторов напряжения 5.1-5.N. Появление сигнала на втором входе какого-либо из регуляторов напряжения 5.1-5.N за счет наличия у них отрицательной обратной связи, приведет к изменению их выходного сигнала таким образом, чтобы уравнять текущую реактивную мощность каждого ДГ 1.1-1.N со средним ее значением, т.е. обеспечить равенство нулю выходного сигнала соответствующих усилителей отклонения мощности 9.1.-9.N.

Таким образом, система будет одновременно обеспечивать равномерное распределение реактивных мощностей между параллельно работающими ДГ и требуемое значение напряжения на шине нагрузки при отсутствии уравнительных связей.

Положительный эффект от применения предлагаемой системы заключается в следующем:

- экономический эффект от применения системы связан с уменьшением затрат на ее реализацию, который обусловлен отсутствием уравнительных связей (что особенно характерно для большого количества ДГ, размещенных на значительных расстояниях), а также использованием относительно дешевой элементной базы в измерителях мощности;

- уменьшение потерь мощности в измерительных элементах за счет использования датчиков Холла, что приведет к увеличению КПД всей системы.

Косвенным эффектом от применения предлагаемой системы может быть упрощение технологии конструктивного исполнения всей системы электроснабжения, что в конечном итоге приведет к соответствующему повышению надежности и снижению затрат на ее эксплуатацию.

Таким образом, наиболее целесообразной областью применения предлагаемой системы распределения реактивных нагрузок являются многоагрегатные электрические станции повышенной мощности с территориально разобщенными источниками электрической энергии (дизель-генераторами).

Литература:

1. Автоматизация энергетических систем. /Учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей ВУЗов. - М.: Энергия, 1977 - 440 с.

2. Кобус А., Тушинсий Я. Датчики Холла и магниторезисторы. - М.: Энергия, 1971 - 352 с.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности дизель-генераторов, работающих параллельно. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата осуществляют формирование дополнительных автономных управляющих сигналов, пропорциональных отклонению текущей реактивной мощности, измеренных с помощью преобразователей мощности на базе датчиков Холла. 2 ил.

Система распределения реактивных нагрузок, содержащая N дизель-генераторов, N устройств возбуждения генератора, N выключателей генераторов, N регуляторов напряжения, шину нагрузки, причем первые выходы всех выключателей генераторов соединены с шиной нагрузки, а их вторые выходы с первыми входами соответствующих регуляторов напряжения, выходы которых соединены с входами соответствующих устройств возбуждения генератора, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены N индивидуальных измерителей реактивной мощности, каждый из которых состоит из первого, второго, третьего измерителей тока, первого, второго, третьего конденсаторов, первого, второго, третьего датчиков Холла, первого, второго, третьего электромагнитов, резонансного фильтра, причем первый вход индивидуального измерителя реактивной мощности через входную цепь первого измерителя тока соединен с первым выводом первого электромагнита и с его первым выходом, второй вход индивидуального измерителя реактивной мощности через входную цепь второго измерителя тока соединен с первым выводом второго электромагнита и с его вторым выходом, третий вход индивидуального измерителя реактивной мощности через входную цепь третьего измерителя тока соединен с первым выводом третьего электромагнита и с его третьим выходом, четвертый вход индивидуального измерителя реактивной мощности соединен с объединенными вторыми выводами первого, второго, третьего электромагнитов и с его четвертым выходом, выходные цепи первого, второго, третьего измерителей тока через соответствующие первый, второй и третий конденсаторы соединены с первым и вторым входами соответствующих датчиков Холла, информационный пятый выход индивидуального измерителя реактивной мощности соединен с выходом резонансного фильтра, вход которого соединен с четвертым выходом первого датчика Холла, третий выход которого соединен с четвертым выходом второго датчика Холла, третий выход которого соединен с четвертым выходом третьего датчика Холла, третий выход которого соединен с информационным шестым выходом индивидуального измерителя реактивной мощности, N датчиков мощности нагрузки, N делителей, N усилителей отклонения мощности нагрузки, причем первые, вторые, третьи и четвертые выходы N дизель-генераторов соединены с соответствующими входами индивидуальных измерителей реактивной мощности, первые, вторые, третьи и четвертые выходы которых соединены с соответствующими входами выключателей генераторов, входы датчиков мощности нагрузки соединены с шиной нагрузки, а их выходы с входами соответствующих делителей, выходы которых соединены с вторыми входами соответствующих усилителей отклонения мощности, третьи входы которых соединены с корпусом, а первые входы с информационными пятыми выходами соответствующих индивидуальных измерителей реактивной мощности, информационные шестые выходы которых соединены с корпусом, выходы усилителей отклонения мощности соединены с вторыми входами соответствующих регуляторов напряжения.