Устройство для автоматической синхронизации Советский патент 1983 года по МПК H02J3/42 

изобретение относится к автоматике энергосистем и может быть использовано для определения оптимального момента времени включения синхронных генераторов или энергосистем на параллельную работу с постоянным временем опережения методом точной синхронизации. Известны устройства для автоматической синхронизации с постоянным вре менем опережения, содержащие блоки выделения огибающей напряжения биений и ее первой производной по времени 1 и 2. Недостатком.этих устройств является погрешность синхронизации при увеличении частоты скольжения. Известно устройство, реализующее способ автоматической синхронизации, в котором производится выделение огибающей напряжения биений и ее первой производной, на основании анализа параметров которых и учета времени включении выключателя осуществляется синхронное включение генераторов или энергосистем на параллельную работу с постоянным временем опережения t ЗЗ .. Недостатками устройства являются большая погрешность синхронизации, которая тем больше, чем меньше скорость изменения входных сигналов, т.е возрастает при приближении к моменту синхронизации, а также невозможность точной уставки времени опережения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство автоматического прекращения асинхронного хода в энергосистеме, основные блоки которого могут быть использованы fe устройстве для автоматической синхронизации для выявления моментов схождения векторов напряжения. Устройство содержит исполнительный блок, элемент задания времени one.режения, последовательно соединенные блок определения длительности периода биений, блок управления, блок гене рации и формирования импульсов, к первому выходу которого подключен пер-, вый вход первого реверсивного счетчика импульсов, а к второму выходу вход второго реверсивного счетчика, импульсов. Второй вход первого реверсивного счетчика импульсов подключен к выходу элемента задания времени опережения, а выход - к второму входу блока управления 53. 1 3.62 Однако устройство обладает повышенной погрешностью выявления момента схождения векторов напряжений, зависящей от скорости изменений (уменьшения) величины скольжения, т.е. ускорения, при приближении к моменту синхронизации, так как момент синфазности синхронизируемых напряжений прогнозируется без учета изменения величины их взаимного скольжения. Цель изобретения - увеличение точности синхронизаии при изменении взаимного скольжения синхронизируемых напряжений. Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматической синхронизации, содержащее исполнительный блок, элемент задания времени опережения, последовательно соединенные блок определения длительности периода биений, блок управления, блок генерации и формирования импульсов, к первому выходу которого подключен первый вход первого реверсивного счетчика импульсов, а к второму выходу - вход второго реверсивного счетчика импульсов, причем второй вход первого реверсивного счетчика импульсов подключен к выходу элемента задания-времени опережения, а выход - к второму входу блока управления, снабжено блоком по-, лучения напряжения биений, выход ко- торого подключен к входу блока определения длительности периода биений, и блоком контроля разности синхронизируемых напряжений, выход которого подключен к первому входу исполнительного блока, к второму входу которого подключен выход второго реверсивного счетчика импульсов. . На фиг.1 показаны кривая выпрямленного напряжения биений U и последовательные этапы работы устройства; на фиг.2 представлена блок-схема устройства. На фиг.1 приняты следующие обозначения: Тц., TV, последова- тельные значения длительности периодов биений; йТ - разность длительностей двух смежных периодов биений; V время опережения; f - одинарная частота следования рабочих импульсов устройства; 1-3 - последовательные моменты максимумов напряжения биений; - порог чувствительности устройства;. 5 - мрмент подачи команды на включение выключателя без учета изменения скольжения; 6 - истинный момент подачи команды на включение выключателя; 7 момент синхронизации (синфазности синхронизируемых напряжений) 8-15 последовательность работы во времени отдельных блоков устройства. На фиг.2 приняты следующие обозначения : и, и Uj - напряжения одноименных фаз синхронизируемых напряжений; блок 16 получения напряжений биений; блок 17 контроля разности синхронизируемых напряжений; блок 18 определения длительности периода биений; блок 19 управления; блок 20 генерации и формирования импульсов; первый счетчик 21 импульсов; элемент 22 заДания времени опережения; второй счетчик 23 импульсов, исполнительный блок 2k, выключатель 25.

На фиг.1 показаны чередование максимумов напряжения биений 1-3, взаимное расположение огибающей напряжений биений и порога чувствительности устройства С), моменты подачи команды на включание включателя без учета изменения скольжения (5) и с учетом изменения скольжения (6), момент синхронизации (7), а также последовательность (8-15) работы во времени блока генерации и формирования импульсов и арифметического блока.

Напряжения Ц. и Da одноименных фаз синхронизируемых напряжений поступают на входы блоков 16 и 17. Полученное напряжение биений с выхода блока 1-6 поступает на вход блока 18. Последний наминая с момента превышения порога k чувствительности устройства, сравнивает смежные полуволны синусоид напряжения биений и выдает сигнал отрицательной полярности, если амплитуда предыдущей полуволны напряжения биений меньше амплитуды последующей полуволны (подъем огибающей), и сигнал положительной полярности - в противном случае (спад огибающей). Эти сигналы поступают в блок 19, который в моменты перемены полярности входных сигналов(моменты максимумов огибающей) запускает блок 20, генерирующий выходные сигналы (рабочие импульсы) с частотой следования f иЛи 2f .После выполнения вычислений в первом реверсивном счетчике 21 импульсов, получающем задание времени опережения от элемента 22, и во втором реверсивном счетчике 23 импульсов управляющий сигнал поступает на вход исполнительного блока 2, который при наличии разрешающего сигнала от блока 17 (разрешающий сигнал выдается в случае, если модуль разности амплитудных значений напряжений 1|, и U2. меньше заранее допустимой величины) подает команду на выключатель 25, включающий синхронные генераторы или энергосистемы на параллельную работу.

Счетчики импульсов представляют собой электронные двоично-десятичные (или двоичные) реверсивные счетчики. Каждый из счетчиков имеет два счетных входа для прямого (+1) и обратного (-1) счета, два выхода прямого (р+) и обратного (Р-) переноса, управляющий вход, разрешающий параллельную запись (прием информации в счетчике) , четыре входа параллельной записи и выходы четырех разрядов счетчика.

Из блока 20 генерации и формирования импульсов в счетчики поступают импульсы по двум шинам для прямого и обратного счета. Выход счетчика 21 соединен с .вторым входом блока управления двумя шинами, а второй вход этого счетчика связан с элементом задания времени опережения четырьмя шинами.

Устройство работает следующим образом. В момент очередного максимума 1 по команде 8 из элемента 22 в первый счетчик 21 принимается в дополнительном коде отрицательная- величина , набранная цифровым способом в единицах 1/f. После приема информации (при приеме старая запись в счетчике автоматически стирается,) в счетчик 21 из блока 20 поступают импульсы 9 с частотой следования f, заставляя счётчик работать в режиме сложения до момента следующего максимума 2, к моменту которого в счетчике 21 окажется записанным в тех же единицах число (-2Т + Т., ) . В момент 2 в счетчик 21 снова принимается величина -2 (со стиранием предыдущей записи), счетчик работает в режиме сложения от импульсов 10 до момента 3, когда в счетчике окажется число (-2Г+ Т|;,,) и т. д. Эта последовательность операций продолжается до тех пор, пока не выполнится условие

, т + 2z;

где Т., - длительность k-ro периода напряжения биений; Т - заранее заданная длительнос периода биений, определяема . по выражению Т , r-f - Т2. где {f.-f.) - максимальная разность частот (частота скольжения) напряжений U и и при которой допустима синхронизация; время опережения. О выполнении вышеприведенного условия сигнализирует в блок 11 управления сигнала переброса в единичное состояние п-го разряда счетчика 21. , Имеется в виду сигнал, поступающий после сигнала прямого переноса (пока зан на фиг.1 пунктиром) при переполнении счетчика. Значение п определяется как минимальное целое число, удовлетворяющее условию, имеющему следующий вид для варианта двоичного счетчика „и--г 2 5 f где п - порядковый номер двоичного разряда счетчика 21; f - частота следования рабочих импульсов. Величина Tg задается простым соединением выхода п-го разряда счетчика 21 с входом блока управления. Режим работы счетчика 23 иной. В момент максимума 1 производится сброс счетчика 23 (счетчик очищается на его вход начинают поступать те же самые импульсы 9 с частотой следования f из блока 20, заставляющие работать счетчик в режиме вычитания до момента следующего максимума 2, к мо менту которого в счетчике 23 окажетс записанным в дополнительном коде отр цательное число (-TK-). В момент 2 счетчик начинает работать от импульсов 10 в режиме сложения до момента максимума 3, в момент наступления ко торого содержимое счетчика 23 станет равным (-Т,+ Т) . Затем производит ся сброс счетчика, и далее цикл повт ряется, так что после каждого второг периода биений (на каждом нечетном максимуме, не считая первого) в счет чике 23 будет записано число, равное :-- 1 где Т - длительность предыдущего периода биений; Т - длительность последующего периода биений; дТ - приращение длительности k-ro периода биений; К - число четное, не равное нулю (, , 6,,..). Принцип работы устройства основан на предположении, что при приближении К моменту синхронизации длительность периода биений увеличивается линейно во времени, т.е. лТ положительное число и не зависит от номера К (отметим, что в этом случае частота скольжения, связанная с периодом биений обратной зависимостью, будет нелинейной функцией времени). После поступления сигнала И режим сложения счетчика 21 не прерывается и продолжается до ближайшего максимума 3, после которого в счетчике записывается число (-2U + Тц.). При этом сигнал 11, если только он поступил в течение четного периода биений (четность периода определяется режимом работы счетчика 23, который в эти периоды работает в режиме сложения), блокирует очередной прием величины -2V в счетчик 21 и сброс счетчика 23 так, что записанная в них информация не стирается. В противном случае (сигнал 11 прииюлся на нечетный период) блокировка производится на следующем периоде. В момент 3 блок 20 начинает формировать импульсы- 12 удвоенной частоты 2f, заставляющие счетчик 21 работать в режиме вычитания до полного его опорожнения в момент 5 следующего периода Т,, когда содержимое счетчика 21 станет равным нулю. Этот процесс займет время, равное ( -Сг), отсчитанное от момента 3. В момент 5 импульс обратного переноса счетчика 21 дает сигнал 13, по которому импульсы 1 удвоенной частоты 2f, вырабатываемые блоком 20, начинают поступать уже в счетчик 23, заставляя его работать в режиме вычитания до ПОЛНО18Р опорожнения в момент 6. Этот процесс, в свою очередь, займет время йТ/2, отсчитанное от момента 5. И наконец, импульс обратного переноса счетчика 23 в момент 6 дает сигнал 15 в исполнительный блок 2k, который при наличии разрешающего сигнала от блока 17 подает команду на включатель 25. Последний включает генераторы или энергосистемы на параллельную работу через время f в момент 7 совпадения фаз синхронизируемых напряжении, так как имеет место равенство (Jk.t;) + fl .-7r При необходимости (если быстрота синхронизации имеет существенное значение) следует добавить в устройство третий счетчик импульсов, подсчитывающий разность периодов ЛТ на каждом нечетном периоде (работает в такой же последовательности, что и второй счетчик, но со сдвигом в один период) , тогда можно осуществлять синхронизацию на любом цикле, а не только на четном. Предлагаемое устройство дает хорошие результаты (в смысле точности син хронизации) при постоянном дТ. Но и при изг нении (увеличении) длительнос ти периода биений по нелинейному зако ну точность синхронизации оказывается выше, чем у устройства-прототипа. К достоинствам устройства следует отнести также возможность оперативной подстройки к любому типу выключателя с помощью цифрового набора времени его включения (времени опережения). Предложенное устройство легко реализуется с использованием интегральных микросхем. Технико-экономический эффект при использовании изобретения достигается путем более точного прогнозирования момента включения генераторов на параллельную работу при изменении величины скольжения и уменьшения вследствие этого толчков уравнительного тока и активной мощности на вал генератора, что повышает срок службы электроэнергетического оборудования.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ, содержащее испол нительный блок, элемент задания времени опережения, последовательно соединенные блок определения длительности пер14ода биений, блок управления, блок генерации и формирования . импульсов, к первому выходу которого подключен первый вход первого реверсив ,ного счётчика импульсов, а к второму выходу - вход второго реверсивного счетчика импульсов, причем второй вход первого реверсивного счетчика импульсов подключен к выхбДу элемента задания времени опережения, а выход - к второму входу блока управления, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности синхронизации при изменении взаимногоS скольжения синхронизируемых напряжений, оно снабжено блоком получения напряжения биений, выход которого подключен к входу блока определения длительности периода биений, и блоком контроля разности синхронизируемых напряжений, выход которого подключен к первому входу исполнительного блока к второму входу которого подключен выход второго реверсивного счетчика импульсов.

f2

/j

1

||||||||||

t I

(рие. i