Устройство для управления фильтром высших гармоник Советский патент 1983 года по МПК H02J3/18 H02J1/02 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам регулирования спектра напряжения в электрических сетях путем подавления высших гармонических составляющих.

Известны устройства -для подавления высших гармоник в электрических сетях, состоящие из последовательно соединенных индуктивности и емкости, называемые фильтрами высших гармоник, настройка которых в резонанс на одной частоте производится независимо от дрейфа частоты тока сети (50 Гц), а также при отклонении емкости конденсаторов от требуемых значений 1.

Однако в этих устройствах не ограничивается величина тока, протекающего через линейный фильтр, которая может быть выше допустимой.

Известно устройство, в котором производится настройка линейного филътра в резонанс независимо от дрейфа частоты тока в сети и отклонения емкости конденсаторов от требуемых значений, а также защита его от перегрузки по току путем плавной расстройки фильтра. Такое устройство для управления фильтром высших .гармоник содержит датчик напряжения, датчик тока, включенный в цепь фильтра, блокизменения индуктивности фильтра, вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, соединенного с. датчиком напряжения, блок синхронизации, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход через фазосдвигающий элемент - с вторым входом фазового дискриминатора, блок защиты фильтра от перегрузок, содержащий релейный элемент, соединенный с выходом датчика тока, элемент измерения частоты управляемого генератора блока синхронизации, выход которого подключен к элементу памяти, соединенному с элементом умножения, выход которого соединен с вторым входом фазосдвигающего элемента 2.

Однако известное устройство оказывается не эффективным в электрических сетях, к которым подключены потребители электрической энергии с нелинейными характеристиками, моменты и продолжительность включения которых не регламентированы. В этом случае мгновенный спектр высщих гармонических составляющих в сети непрерывно изменяется случайным образом, причем в различные моменты времени превалирующими являются различные высщие гармоники.

Цель изобретения -- повышение качества напряжения электрической сети с нелинейными потребителями.

Указанная цель достигается тем, что устройство для управления фильтром высших гармоник, содержащее датчик напряжения, датчик -тока, включенный в цепь фильтра, блок изменения индуктивности фильтра, вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, соединенного с датчиКОМ напряжения, блок синхронизации вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход через фазосдвигающий элемент -/с вторым входом фазового дискриминатора, блок защиты фильтра от перегрузбк, содержащий релейный элемент, соединенный с выходом датчика тока, элемент измерения частоты управляемого генератора блока синхронизации, выход которого подключен к элементу памяти, соединенному с элементом умножения, выход которого соединен с вторым входом фазосдвигающего элемента, снабжено анализатором спектра, блоком выделения амплитуды превалирующей гармоники спектра, блоком определения и запоминания частоты превалирующей гармоники, преобразователем частоты в постоянный ток, преобразователем частоть в напряжение прстоянного тока и суммирующим блоком, причем вход анализатора спектра соединен с выходом датчика напряжения, его выходы - с блоком определения и запоминания частоты превалирующей гармоники спектра через блок выделения амплитуды превалирующей гармоники спектра и непосредственно выходы блока определения и запоминания частоты превалирующей гармоники спектра через преобразователь частоты в напряжение постоянного тока соедине ны с блоком синхронизации и через преобразователь частоты в постоянный ток с суммирующим блоком, второй вход которого соединен с блоком изменения индуктивности фильтра, а выход - с регулируемой индуктивностью фильтра.

На чертеже представлено устройство для управления фильтром высших гармоник.

Устройство содержит электрическую сеть 1, выключатель 2, служаший для подключения к сети фильтра высших гармоник, собранного из последовательно соединенных емкости 3 и регулируемой индуктивности 4, датчик 5 тока, включенный в цепь фильтра, блок 6 синхронизации, вход которого подключен к выходу датчика тока, состоящий из фазового дискриминатора 7, интегратора 8 и управляемого генератора 9, датчик 10 напряжения, вход которого подключен к электрической сети, фазовый дискриминатор 11, один вход которого подключен к датчику 10 напряжения, блок 12 изменения индуктивности . фильтра, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора 11, состоящий из интегратора 13 и усилителя 14 фазосдвигающий элемент 15, выход которого соединен с фазовым дискриминатором 11, а один вход - с выходом управляемого генератора 9 блока синхронизации 6, реле иный элемент 16, вход которого соединен с датчиком 5 тока, элемент 17 умножения, выход которого соединен с вторым входом фазосдвигающего элемента 15, а оДин вход - с выходом релейного элемента 16, элемент 18 памяти, выход которого соединен с вторым входом элемента 17 умножения, элемент 19

измерения-, выход которого соединен с вхо дом элемента 18 памяти, один вход соединен с выходом управляемого генератора 9 блока синхронизации б, а второй - с выходбм фазосдвигающего элемента 15, анализатор 20 спектра, вход которого соединен с выходом датчика 10 напряжения, блок 21 выделения амплитуды превалирующей высшей гармонической составляющей спектра напряжения, вход которого соединен с выходом анализатора 20 спектра, блок 22 определения и запоминания частоты превалирующей высшей гармон.ики 22, один вход которого соединен с анализатором 20 спектра, а второй - с блоком 21 выделения амплитуды превалирующей гармоники, преобразователь 23 частота - постоянный ток, вход которого соединен с выходом блочка 22 определения и запоминания частоты превалирующей высшей гармоники, преобразователь 24 «частота - напряжение постоянного тока, выход которого соединен с.входом перестройки параметров управляемого генератора 9 блока б синхронизации, а вход - с выходом блока 22 определения и запоминания частоты превалирующей высшей гармоники, суммирующий блок 25, выход которого соединен с входом перестройки параметров регулируемой индуктивности 4 фильтра, один вход соединен с органом 12 изменения индуктивности фильтра, а второй - с выходом преобразователя 23 частота - постоянный ток.

Устройство для управления фильтром высших гармоник работает следующим образом.

Анализатор 20 спектра раскладывает сигнал, поступающий с датчика 10 напряжения сети, в ряд Фурье с частотами, кратными основной частоте тока в сети, равной 50 Гц.

Полученный ра выходе анализатора 20 саёктр напряжения сети поступает на входы блока 21 выделения амплитуды превалирующей высшей гармоники и блока 22 опреДеления и запоминания частоты превалирующей высшей гармоники. В блоке 21 путем попарного сравнения амплитуд определябтся амплитуда превалирующей высшей гар- МОНИКИ, а в блоке 22 по разрешающему сигналу с блока 21 фиксируется частота превалирующей высщей гармоники.

Выходной сигнал блока 22, несущий информацию о 4adTOTe превалирующей высщей гармоники, преобразуется преобразователем 23 в ток, который, поступая в обмотку подмагничивания индуктивности 4 фильтра, изменяет ее параметры таким образом, чтобы фильтр оказался настроенным в резонанс на частоту выделенной превалирующей высшей гармоники.

Одновременно выходной сигнал блока 22 преобразуется преобразователем 24 в напряжение, поступающее на управляемый генератор 9 блока б синхронизации и перестраивающее параметры генератора, а значит, и весь блок синхронизации на частоту превалирующей гармоники.

При небольщих расстройках резонанса на частоте превалирующей высщей гармоники за счёт отклонения частоты тока в сети от 50 Гц или за счёт изменения параметров конденсаторов фильтра вступают в действие все блоки схемы управления известного устройства, незначительно изменяющие ток в обмотке подмагничивания индуктивности 4 фильтра за счет составляющей, поступающей на эту обмотку через суммирующий блок 25 от органа 12 изменения индуктивности фильтра.

Блок синхронизации в этом режиме работает так же, как в известном устройстве, не изменяется работа и блока защиты фильтра от недопустимых токов в случае возникновения резонанса токов между фильтром и системой переменного тока.,

Предлагаемое устройство дает наибольший положительный эффект при еф использовании в электрических сетях систем электроснабжения промышленных предприятий радиоэлектронной промышленности, содержащих большое количество потребителей электроэнергии с нелинейными характеристиками и технологические установки, снижение качества напряжения питания которых по спектральному составу всегда приводит к массовому Ораку дорогостоящей продукции.

Этот эффект достигается за счет того, что подавив превалирующую высшую гармонику спектра напряжения сети, улучшают качество напряжения, подаваемого на технологические установки.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ФИЛЬТРОМ ВЫСШИХ ГАРМОНИК, содержащее датчик напряжения, датчик тока, включенный в цепь фильтра, блок изменения индуктивности фильтра, вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, соединенного с датчиком напряжения, блок синхронизации, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход через фазосдвигающий элемент - с вторым входом фазового дискриминатора, блок защиты фильтра от перегрузок, содержащий релейный элемент,. соединенный с выходом датчика тока, элемент измере ния частоты управляемого генератора блока синхронизации, вь1ход которого подключен к элементу памяти, соединенному с элементом умноже-. НИЯ, выход которого соединен с вторым входом фазосдвигающего элемента, отличающееся тем, что, с целью повыщения качества напряжения электрической сети с нелинейными потребителями, оно снабжено анализатором спектра, блоком выделения амплитуды превалирующей гармоники спектра, блоком определения и запоминания частоты превалирующей гармоники, преобразователем частоты в постоянный ток, преобразователем частоты в напряжение постоянного тока и суммирующим блоком, причем вход анализатора спектра соединен с выходом датчика напряжения, а его выходы - с блоком определения и запоминания, частоты превалирующей гармоники спектра через блок выделения амплитуды превалирующей гармоники спектра и непосредственно выходы блока определения и запоминания частоты превалирующей гармоники спектра через преобразователь частоты в напряжение постоянного тока соединень с блоком синхронизации и через преобразователь частоты в постоянный ток с суммирующим блоком, второй вход которого соединен с блоком изменения индуктивности фильтра, а выход - с регулируемой индуктивностью фильтра.