Устройство автоматического регулирования напряжения для выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций Советский патент 1984 года по МПК H02P13/16 

этого блока, логической схемы НЕ и двух линий задержки, причем выход триггера, являющийся первым выходом логического переключакнцего блока, одновременно подключен к линиям задержки - к одной непосредственно, а к другой через логическую схему НЕ, выход первой из них является третьим, а выход второй - вторым выходом логического переключающего блока.

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ, содержащее трансформатор с секционированной обмоткой, два управляемых реактора, первый из которых соединен с крайним вьгеодом обмотки трансформатора, а второй с ее отводом, задающий блок, два блока сравнения, первый из которых связан с управляющими цепями первого, а второй - второго реактора, датчик угла сдвига фаз тока и напряжения, подключенный к одному из входов первого блока сравнения, и датчик выпрямленного напряжения, подключенный к одному из входов второго блока сравнения, отличающее ся тем, что, с целью расширения функхщональных возможностей и г1овыаения надежности рекуперативного торможения, устройство снабжено токовым корректирующим блоком, корректирующим блоком по переменному напряжению, датчиком тока, датчиком напряжения питающей сети, датчиком прерьгоистого тока, включенный в катодную цепь инвертора, логическим переключающим блоком, логической схемой ИЛИ, логической схемой НЕ, двумя пороговьвчи элементами, двумя блоками импульснофазового управления, причем к первому входу токового корректирующего блока подключен выход датчика Тока и к первому входу корректирующего блока по переменному напряжению выход датчика напряжения питающей сети, два других входа корректирующих блоков связаны с выходом задающего блока, выход токового корректирующего блока соединен с другим входом второго блока сравнения, а выход корректирующего блока по переменному напряжению соединен с другим входом первого блока сравнения, кроме того, выход датчика тока подключен через первый пороговый элемент к одному из входов логической схемы ИЛИ, ко второму входу логической схемы ШШ через второй пороговый элемент и логическую схему НЕ подключен выход датчика выпрямленного напряжения, а выСАР ход логической схемы ИЛИ подключая к одному из входов логического переключающего блока, к другому входу которого подключен выхйд датчика прерывистого тока интвертора, первый выход логического переключающего блока соединен с входом задающего блока, а второй и третий выходы соединены с блоками импульсно-фазового управления соответственно инвертора и выпрямителя, при этом логический переключающий блок состоит из триггера, входы которого являются входами

Изобретение относится к регулированию напряжения и может быть исполь зовано на выпрямительно-инверторных преобразователях тяговых подстанций магистральных железных дорог с избыточной энергией рекуперации. Известно устройство, реализующее способ регулирования напряжения на тяговых подстанциях, при котором осу ществляется стабилизация напряжения на различных Tpe6yeNB X уровнях в зависимости от конкретной поездной ситуации на межподстанционной зоне 1 Однако данное устройство не может быть применено при регулировании нап ряжения на участках электрических же лезных дорог с рекуперативным торможением электроподвижного состава, так как при его использовании не выполняются требования, предъявляемые к системе электроснабжения для обеспечения надежного приема токов рекуперации, что вызвано наличием высоко го напряжения на шинах подстанции при сбросе тяговой нагрузки и трудно тями в определении ситуаций в тягово сети. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является yci ройство автоматического регулирования напряжения для выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций, содержащее трансформатор с секционированной обмоткой, два управляем 1х реактора, первый из кото рых соединен с крайним выводом обмот ки трансформатораj а второй - с ее отводом, задающий блок, два блока сравнения, первый из которых связан с управляющими цепями пер-рого, а второй - второго реактора, датчик угла сдвига фаз тока и напряжения, подключенный к одному из входов первого блока сравнения, и датчик выпря ленного напряжения, подключенный к одному из входов второго блока сравнения Г2 . Однако это устройство обладает недостаточными функциональными возможностями, так как позволяет получить лишь стабилизированные на различных уровнях характеристики преобразователей и не может быть применено для регулирования напряжения на участках с рекуперативным торможением электроподвижного состава в связи с тем, что наличие высокого напряжения на шинах подстанции при сбросе тока нагрузки преобразователей приводит к уменьшению диапазона между допустимым напряжением на пантографе электровоза и напряжением в тяговой сети, при котором начинается рекуперация, а также к возникновению бросков тока и напряжения при переключениях преобразователей в соответствующие режимы работы и к появлению больших уравнительных токов между преобразователями. Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей и повьшение надежности рекуперативного торможения на участках электрических железных дорог с автоматическим регулированием напряжения на тяговых .подстанциях. Поставленная цель достигается тем, что известное устройство автоматического регулирования напряжения для выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций дополнительно снабжено токовым корректирующим блоком, корректирующим блоком по переменному напряжению, датчиком тока, датчиком напряжения питающей сети, датчиком прерывистого тока, включенным в катод инвертора, логическим переключающим блоком, логической схемой ИЛИ, логической схемой НЕ, двумя пороговыми элементами. двумя блоками импульсно-фазового управления, причем к первому входу токового корректирующего блока подключен выход датчика тока и к первому входу корректирующего блока по переменному напряжению - выход датчика напряжения питающей сети, два других входа корректирующих блоков связаны с выходом задающего блока, выход токового корректирующего блока соединен с другим входом второго блока сравнения, а выход корректирую щего блока по переменному напряжению соединен с другим входом первого бло ка сравнения, кроме того, выход датчика тока подключен через первый пороговый э(емент к одному из входо логической схемы ИЛИ, ко второму вхо ду логической схемы ИЛИ через второй пороговый элемент и логическую схему НЕ подключен выход датчика выпрям ленного напряжения, а выход логической схемы ИЛИ подключен к одному из входов логического переключающего блока, к другому входу которого подключен выход датчика прерывистого тока инвертора, первый выход логического переключающего блока соединен с входом задающего блока, а второй и третий выходы соединены с бло ками импульсно-фазового управления соответственно инвертора и вьтрямите ля, при этом логический переключающи блок состоит из триггера, входы кото рого являются входами этого блока, логической схемы НЕ и двух линий задержки, причем выход триггера, явля щийся первым выходом логического переключающего блока, одновременно под ключен к линиям задержки - к одной непосредственно, а к другой через логическую схему НЕ, выход первой из них является третьим, а выход вто рой - вторым выходом логического пет реключающего блока. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства автоматического регулирования напряжения для выпрямительноинверторного преобразователя, на фиг. 2 - внешние характеристики преобразователя с регулированием напряжения, на фиг. За, б - временные диаграммы, поясняющие работу устройства при переходе преобразрвателя, соответственно в инверторный и вьтря мительный режим работы, Устройство автоматического регули рования напряжения для вьтрямительно-инверторного преобразователя тяговой подстанции содержит преобразовательный трансформатор 1, вторичная обмотка которого соединена с входом трехфазного мостового выпрмяителя 2 и выходом мостового инвертора 3. Вход инвертора 3 через токоограничивающи реакторы 4 и 5, а выход выпрямителя 2 непосредственно подключены к щинам постоянного тока подстанции. Управление выпрямителем 3 и инвертором 3 производится блоками импульсно-фазового управления 6 и 7 соответственно. Первичная обмотка трансформатора 1 выполнена секционированной, к крайним выходам которой подключен трехфазный управляемьй реактор 8, а к отводам - аналогичный реактор 9. Управляющие цепи первого 8 и второго 9 управляемых реакторов связаны с входами первого 10 и второго 11 бло-г ков сравнения, к одному из входов каждого из которых подключены выходы датчика 12 угла сдвига фаз тока и напряжения и датчика 13 вьтрямленного напряжения соответственно. К первому входу токового корректирующего блока 14 подключен выход датчика тока 15 и к первому входу корректирующего блока 16 по переменному напряжению - выход датчика 17 напряжения питающей сети. Два других корректирующих блоков 14 и 16 связаны с выходом задающего блока 18. Выход токового корректирующего блока 14 соединен с другим входом второго блока сравнения 11, а выход корректирующего блока 16 по переменному напряжению - с другим входом перво го блока сравнения 10. Выход датчика тока 15 подключен через первый пороговый элемент 19 к одному из входов логической схемы ИЛИ 20, ко второму входу которой через последовательно соединенные логическую схему НЕ 21 и второй пороговый элемент 22 подключен выход датчика 13 вьтрямленного напряжения. Выход логической схемы ИЛИ 20 подfcключей к одному из входов логическо- го переключающего блока 23, к другому входу которого подключен выход датчика 24 прерьгеистого тока, включенного в катод инвертора 3. Логический переключающий блок 23 вьтолнен на триггере 25, выход которого поступает на входы задающего блока 18 и первой линии задержки 26 непосредственно и на вход второй линии задержки 27 через логическую схему НЕ 28, Выходы первой 26 и второй 27 линий задержки связаны соответственно с первым 6 и вторым 7 блоками импульсно-фазового .управления преобразователей. Устройство автоматического регулирования напряжения выпрямительно-инверторного преобразователя работает следзпсщим образом. Регулирование производится двумя управляемыми реакторами 8 и 9 путем изменения их реактивного сопротивления, в результате которого происходит перераспределение первичного тока трансформатора 1 между отводами об;МОтки, соединенньми соуправляемыми реакторами. Изменение магнитного пото ка трансформатора вызывает соответствуювдее изменение напряжения на его вторичных обмотках, подключенных к преобразователям, и позволяет осущест вить получение требуемых внешних выходнык характеристик выпрямителя U t(3) и входных характеристик инИЗ и) Ф«г. 2), где вертора Uj - напряжение постояного тока, ток инвертоток выпрямителя, Изменение реактивного сопротивления реакторов производится управляющими сигналами, воздействующими на управпяюище цепи реакторов 8 и 9 и поступающими с выходов соответствуюищх блоков сравнения tO и 11. Сигналы управления с блоков сравнения фор мируются в зависимости от величины рассогласования между задающими сигналами с корректирукацих блоков 14 и 16 и сигналами соответствующих датчи ков угла сдвига тока и напряжения 12 и выпрямленного напряжения 13. В инверторном режиме работы наибо лее благоприятной характеристикой является горизонтальная характеристи ка 29, установленная на уровне напря жения Ujj, , который обеспечивает допустимое напряжение на пантографе электровоза во всем диапазоне рабочих токов (фиг. 2). Такая характерис тика достигается блоком импульсно-фазового управления 7, а установка тре буемого уровня стабилизации характе ристики определяется задающим блоком и осуществляется управляемыми реакторами. Дпя поддержания более высоки энергетических показателей инверто13 ра возможно компаундирование входной характеристики с учетом минимального возможного с точки зрения устойчивости угла опережения инвертора , а доведение до горизонтальной характеристики и обеспечение требуемого уровня производит система автоматического регулирования напряжения. В зоне между двумя крайними естественными характеристиками 30 и 31 устройство автоматического регулирования позволяет получить внешние характеристики вида 32 с линейным выходом со стабилизации при токах, меньших тока выхода на режим стабилизации Del на любом необходимом уровне J д в пределах между характеристиками с минимальными 33 и, максимальным ЗА уровнями стабилизадни (фиг. 2). Уровень стабилизации характеристик в вьшрямительном режиме, также как и в инверторном, задается задающим блоком 18, сигналы которого через корректирукяцие блоки 14 и 16 поступают на схемы сравнения 11 и 10. Стабилизация напряжения осуществляется под действием управляющего сигнала со второго блока сравнения 11, формируняцегося за счет рассогласования на его входе задающего сигнала с сигналом датчика вьтрямленного напряжения 13. При этом цепь управления реактором 8, состоящая из блока сравнения 10, датчика угла сдвига тока и напряжения 12, служит лишь для изменения реактивного сопротивления этого реактора с целью получения наибольщих значений коэффициента мощности, это производится в зависимости от заданного уровня напряжения, что определяется поступающим через корректирующий блок 16 сигналом задакацего блока 18. При получе„„„ стабилизированных характеристик в диапазоне рабочих токов, больщих Рйвы введение через токовый корректирукяций блок 14 сигнала с датчика тока 15 позволяет производить уменьшение статической ошибки стабилизации при токах, близких к номинальному 2 Получение выхода со стабилизированных характеристик в выпрямительном режиме осуществляется следующим образом. При сбросе тока нагрузки выпрямителя до величины J „ м - «U I НОЙ 3-5л номинального тока J d вы под действием сигнала с датчика Тока 15 происходит резкое увеличение коэффициента усиления токового корректирующего блока 14 таким образом, что при . дальнейшем уменьшении тока до нуля производится линейное (пропорциональное току) понижение выпрямленного преобразователя до уровня Так как установка требуемых уровней стабилизации в зависимости от числа поездов на межподстанционной зоне производится дискретно, по дискретно устанавливаемым сигналам задающего блока 18, то каждому уровню стабилизации токовым корректирующим блоком 14 по сигналам задающего блока 18 устанавливается свой, соответствующий этому уровню коэффициент усиления, необходимый для обеспечения выхода внешней характеристики преобразователя на устанавливаемьй уровень напряжения. Чтобы искдвочить влияние колебаний напряжения в питающей сети на получение указанных характеристик, в устройство автоматического регулирования от датчика напряжения 17 через корректирующий блок 16 введена корре ция по напряжению питающей сети. Под действием сигнала с датчика переменно го напряжения 17 корректирующий блок по переменному напряжению 16 производит изменение поступающего на его вход сигнала с задающего блока 18 таким образом, чтобы оно компенсиров ло влияние колебаний напряжения в пи тающей сети на стабильность заданных характеристик преобразователей. Переключение выпрямительно-инверторного преобразователя из одного ре жима работы в другой производится бесконтактно снятием и подачей импульсов управления блоками нмпульсйофазового управления 6 и 7. Сигналы запрета на подачу и снятие импульсов управления формируются в логическом переключающем блоке 23 в зависимости от ситуации в тяговой сети и поступа ют с его выходов 35 и 36 в соответствующие блоки 6 и 7 иютульсно-фазового управления. При этом для задания закона регулирования в соответствии с режимом работы в задающий блок 18 поступает сигнал с выхода 37 логнческого переключающего блока 23. Сигнал логической единицы на этом выходе соответствует выпрямительному режиму а сигнал логического нуля - инверторному (фиг. За, б). Переход выпрямительно-инверторного преобразователя из вьшрямительного режима в инверторный (фиг. За) осуществляется по сигналам датчика тока 15 идатчика напряжения 13. Если ток нагрузки выпрямителя больше тока установки срабатывания Д,., , то даже при стабилизации напряжения на уровне выше, чем напряжение уставки срабатывания U,, , преобразователь не переводится в инверторный режим, так как в этом случае накладьгаается блокировка по току сигналом логической единицы на выходе 38 порогового элемента 19 через схему ИЛИ 20. При сбросе тока нагрузки ниже происходит уменьшение напряжения устройством регулирования, и при уменьшении уровня напряжения ниже U в момент 1 накладывается блокировка по напряжению и на выходе 39 порогового элемента 22 появляется сигнал логического нуля, который, инвертируясь через логическую схему НЕ 21, поступает с ее выхода 40 в блок сравнения 20 (фиг. За). С дальнейшим уменьшением тока и напряжения при достижении током уставки 3,, снимается блокировка по току (сигнал логического нуля на выходе 38 порогового элемента 19) в момент t j Последую-j щее уменьшение тока до нуля приводит к понижению напряжения преобразователя до уровня Ujj , и наступает режим холостого хода вьшрямителя. При появлении избыточной энергии рекуперации повышается уровень напряжения в контактной сети. Когда при токе агрегата равном нулю напряжение в контактной сети возврастает до уровня К , в момент tj, снимается блокировка по напряжению (сигнал логического нуля на выходе 40 логической схемы НЕ 21), и на выходе 41 схемы И1Ш 20 появляется сигнал логи-ческого нуля, переключающий триггер 25 и дающий команду логическому переключающему блоку 23 на перевод агрегата в инверторный режим. При эток одновременно на выходах 35 и 37 появляются сигналы логической единицы, которые без вь1держки времени дают команду на снятие импульсов управления с выпрямителя в блок кмпульснофазового управления 6 и на перемагничиваиие управляемых реакторов в соответствии с законом регулирования инвертора в задающий блок 18. С выдержкой времени л (в момент 1 осуществляемой линией задержки 27, под действием сигнала с логической схемы НЕ 28 на выходе 36 переключающего блока 23 появляется сигнал ло-. гической единицы, под действием которого блок импульсно-фазового управления 7 подает импульсы управления на тиристоры инвертора. Уставки на переход агрегата в инверторный реЛим выбираются из условия 0 . ,для поро1 ового элемент 19 и t,.jg(| - для элемента 22. Для достижения правильного и плавного переключения преобразователя необходимо добиваться наименьшей величины уставки Э. , так как от нее зависит величина напряжения линейной части внешней характеристики 34 при выходе с максимально возможного уров ня стабилизации вых Переключение преобразователя из инверторного режима в выпрямительный (фиг. 36) производится по сигна лу датчика прерывистого тока инвертора 24, работа которого подробно описана 33. При достижении момента надежного запирания тиристоров инвертора в момент t; окончания реку перации (фиг. 36) на выходе 42 датчика прерывистого тока 24 появляется сигнал логического нуля, который поступает на первый вход логическог переключающего блока 23 и переключа ет триггер 25 в положение, соответствующее вьтрямительному режиму работы преобразователя. Под действием сигнала с выхода 36 блока 23 (сигнал Логического нуля) блок импульсно-фазового управления 7 снимает импульсы управления с тиристоров инвертора. Одновременно сигнал с выхода 37 логического переключающего.блока (сигнал логической единицы) переводит устройство автоматического регулирования на требуемый для выпрямительного режима работы преобразователя закон регулирования напряжения, С выдержкой врена перемагничивание управляемых реакторов, осуществляемой линией задержки 26, на выходе 35 блока 23 появляется сигнал логической единицы (в момент i ), под действием которого блоком импульсно-фазового управления 6 подаются импульсы управления на тиристоры выпрямителя. Использование изобретения позволяет обеспечить рекуперативное торможение электроподвижного состава и повысить его надежность на участках с регулированием напряжения в тяговой сети. При этом технико-экономическая эффективность достигается при увеличении экономии электроэнергии за счет повьпиения надежности работы выпрямит ел ьно-инв ер тор но го преобразователя и быстродействия при переходах из режима в режим, а также при ликвидации потерь электроэнергии за счет уменьшения уравнительных токов между преобразователями при регулировании напряжения и повьппения точности определения ситуаций в тяговой сети.

m -Й

;

I Я

«

«I

Sf

ИU

/.

.1

A -.

/ Von

.

4I

, I -4.