Устройство для компенсации реактивной мощности Советский патент 1986 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для автоматического регулирования реактивной мощности электрических сетей при помощи батарей косинусных конденсаторов.

Цель изобретения - ограничение отключений напряжения в сети и снижение потерь электроэнергии.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для компенсации реактивной мощности; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 - структурная схема распределителя импульсов, входящего в логический блок устройства.

Устройство содержит секции конденсаторных батарей (КБ) 1.1 - l.n, блоки 2.1-2.« коммутации, датчик 3 реактивной мощности сумматор 4, пороговые элементы 5.1 и 5.2, компараторы 6.1 и 6.2, инвертирующий интегральный повторитель 7, схемы ИЛИ 8 и 9, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, элемент 11 выдержки времени, схему 12 совпадения, схему 13 стробирования, задающий генератор 14, распределитель 15 импульсов, реверсивный 16 счетчик, выходной регистр 17, формирователи сигналов включения 18 и отключения 19, блок 20 коррекции. Устройство также содержит делитель 21 частоты, триггер 22, сдвиговый регистр 23, схемы 24 совпадения, одновибратор 25, мультиплексор 26, датчик 27 частоты.

Устройство работает следующим образом.

На прямой вход «-{- сумматора 4 непрерывно поступает сигнал /дрм, формируемый датчиком 3 реактивной мощности, который может быть реализован, например, по схеме, содержащей два фазосдвигающих блока, два умножителя аналоговых сигналов и сумматор, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные двум напряжениям и двум токам трехфазной сети. Сигнал Удрм пропорционален величине реактивной мощности в сети.

На инверсный вход «- сумматора 4 с выхода блока коррекции поступает сигнал корректирующего напряжения t/Kop, величина которого определяется требуемыми уровнями реактивной мощности и величиной реактивной мощности ступени регулирования (на фиг. 2 для примера показаны три временных интервала, для которых заданы требуемые уровни остаточной реактивной мощности сети; Qrp.i, ртр.2, Qrp.a).

Предположим, что на каждом суточном интервале реактивная мощность должна удовлетворять условиям

6-13 ч Q(.i; (1) 13-20 ч Q(.2; (2) 20-24 ч; 0-6 ч Q(.3. (3) Поскольку конденсаторные установки регулируются ступенчато, условия (1) - (3) преобразуются к виду:

QTP.(.I; (4)

QTp.(/)QTp.2; (5) QTp.(.3+Q. (6)

гдeQ - величина реактивной мощности, соответствующая мощности ступени. Корректирующее напряжение /Укор на каждом временном интервале пропорционально значению реактивной мощности, стоящему в левой части неравенств (4)-(6). Например, для первого интервала .-Q. Блок 20 коррекции позволяет в зависимости от текущего суточного интервала времени коммутировать различные уровни f/Kop, формируемые с помощью набора резистивных делителей.

На выходе сумматора 4 формируется напряжение и, равное

Lj; Lдрм -(Укор.(7)

На фиг. 26 в масщтабе реактивной мощности приведен примерный суточный график изменения {Удрм, бкор и U без учета срабатываний устройства.

Сигнал подается на прямой «-)- и инверсный «- входы пороговых элементов

Q 5.1 и 5.2. На инверсный «- вход порогового элемента 5.1 и прямой «-)- вход порогового элемента 5.2 поступают напряжения порогов включения и отключения КБ соответственно t/пв и Um (показаны на фиг. 2в в масщтабе реактивной мощнос5 ти). При срабатывает пороговый элемент 5.1, что приводит к появлению единичного уровня на его выходе. Пороговый элемент 5.2 срабатывает при (Уу« ;L/no. Параллельно сигнал f/j; поступает на прямой вход «+ компаратора 6.1 и инверс ный вход «- компаратора 6.2. На компараторе 6.1 сигнал / срабатывает с выходным сигналом ЦАП 10. На компараторе 6.1 происходит сравнение U и сигнала, формируемого инвертирующим интегральным повторителем, на вход которого подается выходное напряжение ЦАП 10.

Если выходной сигнал сумматора 4 находится в зоне нечувствительности:

,(8)

срабатывания устройства не происходит.

Предположим, что на интервале времени /о-1 в соответствии с требованиями энергосистемы в сети должен поддерживаться уровень реактивной мощности, удовлетворяющий условию (6). В исходном состоянии

5 (момент времени о) сигнал на выходе сумматора удовлетворяет условию (8) и на выходах пороговых элементов 5.1 и 5.2 установлены нулевые логические уровни. Схема выдержки времени, служащая для исключения реакции устройства на кратковремен ные и случайные колебания реактивной мощности в сети, заблокирована. ЦАП 10 находится в исходном состоянии и его выходное напряжение равно Ц1о-На выходе инвертирующего интегрального повторителя 7

при этом устанавливается напряжение, равное /7п). На выходах компараторов устанавливается единичный логический уровень. КБ 1.1 - 1.П к сети не подключены.

В таком состоянии устройство находится до момента времени tt, так как изменение сигнала на этом интервале не противоречит условию (8) (фиг. 2б). При этом в сети поддерживается заданный энергосистемой уровень реактивной мощности (фиг. 2г)

Предположим, что с момента времени от /1 до /5 уровень реактивной мощности в сети должен соответствовать условию (4). В момент времени t срабатывает блок 20 коррекции и изменение Укор на его выходе приводит к соответствующему изменению U, величина которого превыщает Una. При этом на выходе порогового элемента 5.1 устанавливается уровень логической единицы, на выходе компаратора 6.2 - уровень логического нуля. Единичный сигнал на выходе порогового элемента 5.1 через схему ИЛИ 8 запускает элемент 11, на выходе которого по истечении требуемого времени выдержки Ьв устанавливается единичный уровень, разрешающий прохождение тактовых импульсов задающего генератора 14 через схему 12 совпадения на синхровходы ДАП 10 и реверсивного счетчика 16. При этом реверсивный счетчик 16 начинает отсчет импульсов в прямо.м направлении, так как на его входе суммирования «-|- поддерживается единичный уровень с выхода порогового элемента 5.1. Одновременное приходом очередного тактового импульса изменяется выходное напряжение ЦАП 10, дискретность изменения которого пропорциональна реактивной мощности единичной ступени, генерируемой в сеть при подключении КБ 1.1 - 1.П.

Изменение состояний реверсивного счетчика 16 и ЦАП 10 происходит до тех пор, пока выходной сигнал ЦАП 10 не превысит 6у. В данном случае (фиг. 2) ЦАП 10 формирует семь ступеней, что соответствует подключению к сети семи ступеней КБ 1.1 -1.п.

На выходе компаратора 6.1 устанавливается нулевой уровень, который через схему ИЛИ 9 блокирует прохождение тактовых импульсов через схему 12 совпадения. Параллельно с этим нулевой сигнал с выхода схемы ИЛИ 9 поступает на вход схемы 13 стробирования, на выходе которой формируется импульс, запускающий в работу распределитель 15 и.мпульсов.

Распределитель 15 импульсов формирует управляемую последовательность стробов записи, подаваемых на выходной регистр 17. Причем очередность их формирования зависит от состояния пороговых элементов. При срабатывании порогового элемента 5.1 (требуется включение секций КБН) стробирование должно осуществляться в направлении от младшего разряда выходного регистра 17 к старшему. И наоборот, при срабатывании порогового элемента 5.2 формирование стробов необходимо проводить в порядке от старшего разряда выходного регистра 17 к младщему. Несоблюдение указанной очередности стробирования может привести к возникновению кратковременной перекомпенсации реактивной мощности в сети.

Распределитель 15 импульсов может быть реализован (фиг. 3) с помощью делит-еля 21 частоты, триггера 22, сдвигового регистра 23, схем 24 совпадения, одновибратора 25 и двухканального мультиплексора 26. В исход0ном состоянии нулевой уровень с выхода триггера 22 блокирует прохождение сигналов через схемы совпадения. Выходы мультиплексора 26 находятся в состоянии логического нуля. С приходом импульса за5пуска триггер 22 устанавливается в единичное состояние и происходит начальная установка сдвигового регистра 23 (запись «1 в младший разряд). Единичный уровень на выходе триггера 22 разрещает прохождение тактовых импульсов с делителя 21

0 частоты на синхровход сдвигового регистра 23, на выходах которого формируется сигнал типа «бегущая единица. Делитель частоты выбирается из условия формирования импульсов, период следования кото5рых определяется выражением Гдч /к-1-/з, где /к - время коммутации одной секции КБ; /3 - требуемая задержка между двумя последовательны.ми срабатываниями коммутационного оборудования.

В зависимости от наличия единичного

0 уровня выходе пороговых элементов 5.1 или 5.2, а соответственно, и на входах управления мультиплексора 26 происходит активизация соответствующего канала мультиплексора 26, 1)0 которому выходная информация сдвигового регистра передается

5 на входы стробирования выходного регистра 17. Причем соединение выходов сдвигового регистра 23 с входами каналов мультиплексора 26 выполнено по перекрестной схеме, что позволяет управлять направлением распространения сигнала «бегу0щая единица. Так при срабатывании порогового элемента 5.1 выходные стробы формируются в порядке от младшего разряда выходного регистра 17 к старшему.

Формирование выходных импульсов стро5бирования прекращается с появлением единичного уровня на выходе переноса сдвигового регистра 23. При этом запускается одновибратор 25, который формирует выходной импульс сброса, а также устанавливает распределитель 15 импульсов в исход0ное состояние. Суммарное время распределителя 15 импульсов определяется из выражения Грн (и+1)Гдч, где п - количество формируемых стробов; Г.гч - период следования импульсов, формируемых делителем 21 частоты.

При заверщении последовательной поразрядной записи информации с выходов реверсивного счетчика 16 в выходном регистре 17 изменяется баланс реактивной мощности в сети, уровень которой устанавливается в пределах (выражение 4), соответствующих данному суточному интервалу времени. При этом Ly устанавливается в зоне нечувствительности (выражение 8) устройства (фиг. 2в).

Время срабатывания устройства равно 7с 1 Ьп+7р где Ьв - время, определяемое элементом 11 выдержки времени, Г|) - время срабатывания раснределитатя имнульсов 15. Таким образом, к моменту времени /I+/CP к сети нодключается семь ступеней КБ (фиг. 2г).

В моменты времени t- и /.ч при нревыщении максимально допустимого уровня реактивной мощности устройство срабатывает аналогичным образом, поочередно подключая к сети еще две ступени КБ (изменение уровня остаточной реактивной мощности изображено на фиг. 2г). В момент времени / i становится меньще (Уно, что нриводит к срабатыванию порогового элеменга 5.2 и компаратора 6.1. Запускается элемент 11 и выдержки времени и к моменту времени /4+Ьв тактовые импульсы задающего генератора 14 поступают на синхровходы реверсивного счетчика 16 и ЦАП 10. Счетчик 16 начинает отсчет импульсов в режиме вычитания, так как на его вычитаюН1ем входе «- поддерживается единичный уровень с выхода порогового элемента 5.2. При этом изменяется и выходное напряжение ЦАП 10, а следовательно, и выходное напряжение инвертирующего интегрального повторителя, а на выходе компаратора 6.1 устанавливается нулевой уровень, блокирующий схему 12 совпадения. Одновременно с этим запускается схема 13 стробирования. Отсчет импульсов на реверсивном счетчике 16 прекращается и после срабатывания счетчика 16 новый код коммутапии КБ 1.1 - .п переписывается в выходной регистр 17. Таким образом, к .моменту времени (фиг. 2 г) происходит отключение одной ступени КВ.

В момент времени ts (начало третьего суточного интервала) срабатывает блок 20 коррекции и на его выходе формируется новое значение (Укор, соответствующее данному суточному интервалу (фиг. 26). При этом U)iUm, что снова приводит к срабатыванию порогового элемента 5.2 и корректора 6.1. Дальнейщая работа устройства осущ,ествляется аналогично описанному.

Таким образом, в момент /s+Tcp происходит отключение двух ступеней КБ, в момент /6+7 р отключается еще одна ступень, а в момент /7+7ср подключается одна ступень КБ. Остаточная реактивная мощность при этом удовлетворяет требованиям выражения (5).

С началом первого выделенного суточного интервала (момент времени t) после очередного срабатывания блока 20 коррекции

на его выходе устанавливается соответствующий уровень (Укор. Устройство при этом срабатывает аналогично описанному для момента времени /5. При этом отключаются четыре ступени КБ. В моменты времени tg и /15 изменение (7у приводит к отключению всех КБ и устройство возвращается в исходное состояние, соответствующее .моменту времени /о- Изменение уровня остаточной реактивной мощности при этом соответствует требованиям (6) и графически изображено на фиг. 2г.

Использование изобретения позволяет создать многофункциональные и надежные устройства компенсации реактивной мощности, алгоритм работы которых можно гибко изменять в зависимости от требований энергосистемы по оптимальной компенсации реактивной мощности в узлах сети. В отличие от известных устройств применение в

0 предлагаемом устройстве дополнительных элементов и схем позволяет определять и подключать к сети такие комбинации ступеней КБ, которые ограничивают величину реактивной мощности сети на требуемом уровне, зависящем от времени суток, ве5 личины реактивных нагрузок требований энергосистемы. При этом исключаются нежелательные отклонения напряжений от номинальных значений, имеющие место в энергосистемах в моменты минимума и максимума нагрузок. В сети создаются условия, наряду с онти.мальной ко.мпенсацией реактивной мощности, для подержания номинальных величин питающих напряжений, уменьщения потерь электроэнергии, обеспечения нормальной работы всех нагрузок. Кроме того, в предлагаемо.м устройстве исключена возможность одновре.менной коммутации требуемых наборов секций КБ, что значительно улучщает переходные режимы сети, уменьщает броски напряжений и ограничивает протекание сверхтоков, что благоприятно сказывается на работе коммутирующей аппаратуры и обеспечивается нормальная работа других электроприемников, подключепных к сети.

Формула изобретения

Устройство для компенсации реактивной мощности, содержащ.ее п секций конденсатор уых батарей, подключенных к сети через блоки коммутации, датчик реактивной мощности, входы которого подключены к соответствующим зажимам сети, и логический блок, включающий два пороговых элемента, два компаратора, элемент выдержки времени, задающий генератор, схему совпадения, первую схему ИЛИ, схе.му стробирования, цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий интегральный повторитель, реверсивный счетчик, формирователи сигналов включения и отключения секций, связанные с блоками коммутации конденсаторных батарей, при этом выход элемента выдержки времени подключен к входу схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом задающего генератора, а третий вход связан с выходом указанной схемы ИЛИ, входы которой подключены к выходам компаратора, причем прямой вход первого компаратора соединен с инверсным входом второго компаратора, инверсный вход первого компаратора непосредственно, а прямой вход второго компаратора через инвертирующий интегральный повторитель соединены с выходом цифроаналогового преобразователя, синхровход которого подключен к выходу схемы совпадения и синхровходу реверсивного счетчика, отличающееся тем, что, с целью ограничения отклонений напряжения и снижения потерь электроэнергии, логический блок дополнительно снабжен блоком коррекции, сумматором, второй схемой ИЛИ, распределителем импульсов и выходным регистром, при этом выход коррекции подключен к инверсному входу сумматора, прямой вход которого соединен с выходом датчика реактивной мощности, а выход связан с прямыми входами первого порогового элемента и первого компаратора и инверсными входами второго порогового элемента и второго компаратора, выход первого порогового элемента соединен с управляющим входом распределителя импульсов, входом сложения реверсивного счетчика и входом второй схемы ИЛИ, выход второго порогового элемента соединен с вторым управляющим входом распределителя импульсов, входом вычитания реверсивного счетчика и другим входом второй схемы ИЛИ, выход которой подключен к входу элемента выдержки времени, при этом выход первой схемы ИЛИ дополнительно подключен к входу схемы стробирования, выход которой соединен с входом запуска распределителя импульсов, синхровход которого подсоединен к выходу задающего генератора, выход сброса связан с установочным входом цифроаналогового преобразователя, а информационные выходы подключены к соответ0 ствующим входам стробирования выходного регистра, информационные входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, а прямые и инверсные выходы подключены соответственно к формирователям сигналов включения и отключения секций конден5 саторных батарей.

/1 ti tMte«7 Ц S t,o

I I I MlIII

Чщ К Л35 KCCf3 КЦАПЮ КПЭб

(Риг.З КВР17