Регулятор для оптимизации управления Советский патент 1987 года по МПК G05B13/00 

1133

Изобретение относится к области управления и может быть использовано, например, для оптимизации управления частотой и перетоками активной мо1ч- ности энергосистемы.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Регулятор позволяет учитывать отклонения регулируемых параметров от уставок и ограничения на величину регулируемых параметров. Кроме того, упрощена конструкция регулятора и уменьшены его габариты и вес.

Регулятор, содержаний первый решающий блок, дополняется вторым решающим блоком. Кроме того, в решающих блоках регулятора электрическая цепь постоянного тока заменяется на электрическую цепь переменного тока путем замены трансформаторов постоянного тока трансформаторами переменного тока и замены диодов вентилями переменного тока. Помимо этого цводятся генератор синусоидального напряжения, модуляторы входных величин и выпрямитель выходных величин, а также генератор прямоугольных импульсов для управления вентилями переменного тока.

На фиг. 1 изображена блок-схема регулятора; на фиг. 2 и 3 - блок-схемы соответственно первого и второго решающих блоков; на фиг. 4 - блок-схема вентиля переменного тока.

Регулятор содержит первый и второй решающие блоки 1 и 2, генератор 3 синусоидального напряжения, генератор 4 прямоугольных импульсов, первый модулятор 5, второй модулятор б, выпрямитель 7, резисторы 8-1, ... 8-п , ..., 8-N и блок трансформаторов 9-п-т, образующих матрицу из N строк и М столбцов, в которой трансформатор 9-n-m принадлежит п-й строке и m-Nry столбцу (фиг. 2), вентили 10-1, .,., 10-п, ... , 10-м переменного тока, резисторы 11-1, ..., 11-т, ..., 11-м, четыре блока трансформаторов,.где первый блок трансформаторов содержит трансформаторы 12-1, о.., 12-т, ,.., 12-м, второй - трансформаторы 13-1. ..., 13-т,. ..., 1 3-М, третий - трансформаторы 14-1, ... 14-го, ..., 14-М, четвертый - трансформаторы 15-1, ..,, 15-т, .. ., 15-м (фиг.. 3) .

Вентиль переменного тока (фиг, 4) содержит диоды 16 и 17, полевые транзисторы 18 и 19 с управляюи1 ми вхо4 У 22

дами 20 и 21 соответственно, которые являются парафазным управляюп 1м входом вентиля переменного тока, вход 22 этого вентиля и его выход 23. Регулятор работает следующим образом.

Электрическая цепь устройства питается от генератора 3 синусоидальQ ного напряжения V. Ввиду того, что эта электрическая цепь содержит только резисторы 8-п , 1 1-т, вентили 10-т переменного тока, имеющие либо нулевое, либо бесконечное сопротивление,

5 и трансформаторы 9-n-m, 12-m, 13-m, 14-m, 15-m (т.е. не содержит реактансов) , то потенциал ц любой ее точки синусоидален и либо синфазен напряжению V , либо противофазен этому напQ ряжению. Будем называть действующее значение потенциала положительным, если он синфазен напряжению V, и от-- рицательным, если он противофазен этому напряжению. Аналогично будем

5 говорить о положительном и отрицательном действующих значениях напряжения и тока в этой цепи.

Генератор 4 прямоугольных импульсов вырабатывает на своем парафазном

0 выходе прямоугольные импульсы. На одном из парафазных выходов положительный потенциал присутствует в том полупериоде, когда мгновенное значение синусоидального напряжения U положительно, т.е. положительные импульсы на первом выходе синфазны напряже- нию и . На другом парафазном выходе генератора прямоугольных импульсов .4 положительные импульсы противофазны

Q напряжению U.

Вырабатываемые генератором 4 прямоугольные импульсы поступают на па- рафазный управляющий вход вентиля 10-т переменного тока. При этом на

g управляющий вход 21 полевого транзистора 19 поступают прямоугольные импульсы, синфазные напряжению V , а на управляющий вход 20 полевого транзистора 18 - прямоугольные импульсы, противофазные напряжению V. Амплитуда этих импульсов такова, что при их появлении на управляющем входе полевых транзисторов 18 и 20 последние закрываются.

Между выходом 23 и входом 22 вентиля 10-т переменного тока имеется напряжение U и протекает ток i. Если напряжение U противофазно напряжению и, то ток i .V, проходит попе0

5

ременно через диод 16 и полевор транзистор 18 или через диод 17 и полево транзистор 19, Если же напряжение

синфазно напряжению U, то ток i, не проходит, так как в каждой из параллельных цепочек вентиля 10-га переменного тока в каждый полупериод заперт либо диод 16(17), либо полевой транзистор 18 (19). Таким образом, -для напряжения .Um синфазного напряжению и, вентиль 10-т переменного тока представляет разомкнутую цепь, а для напряжения U, противофазного напряжению и, - короткозамкнутую цепь (сопротивлением диодов и полевых транзисторов можно пренебречь). Вентиль 10-т переменного тока не может оказаться в условиях, когда напряжение Uitn на нем не синфазно или противо- фазно напряжению U, Следовательно, вентили 10-т переменного тока в данной электрической цепи ведут себя относительно действующих (положительных или отрицательных) значений напряжения Um и тока i так же, как диоды в цепи постоянного тока. . На управляющие входы модуляторов 5 и 6 подаются постоянные напряжения пропорциональные регулируемым величинам и уставкам. Эти напряжения модулируют синусоидальное напряжение на выходах указанных модуляторов, в результате чего на этих выходах об-i разуются синфазные синусоидальные напряжения, У которых действующие значения пропорциональны регулируемы величинам и уставкам соответственно. Эти синусоидальные напряжения подаются на первый и второй входы второго рещающего блока 2,

По аналогии можно показать, что действующие значения напряжений и токов электрической цепи рещаюпщх блоков 1 и.2 являются решением следующе задачи квадратного программирования:

(X-x )R-4X-x ) min ,

X Х + Н и,

X О,

где Н - матрица коэффициентов

трансформации трансформаторов 9-n-m

R - диагональная матрица с элементами R|, равными сопротивлениям резисторов 11-т;

г - ди,: тональная матрица с элетивлениям резисторов 8-п; Х - вектор действуюищх значений напряжений на выходе модулятора 5 и на первом входе второго решающего блока 2; X - то же, на выходе модулятора 6 и на втором входе второго

решающего блока 2; X - вектор действующих значений напряжений на выходах вентилей 10-т переменного тока; 5 и - вектор действующих значений напряже1 ий на выходе решающего блока 1;

Т - знак транспонирования. Таким образом, устанавливаются 0 такие напряжения X и U, которые являются решением указанной задачи при данных напряжениях Х и Х. Вычисленные напряжения U возникают на выходе первого решающего блока 1, поступают 5 на вход выпрямителя 7 и в виде постоянных напряжений снимаются с выхода , регулятора как искомые управляюшр;е врздействия.

Предлагаемый регулятор решает за- 0 дачу управления дискретным линейным процессом с квадратичным показателем качества. При этом компоненты матрицы Н могут быть как положительными, так и отрицательными числами. Б последнем g случае одна из обмоток трансформатора 9ri-m должна быть включена в противоположном направлении. , Примером задачи управления, для решения которой может быть использо- д ван регулятор, является задача автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности в энергосистеме. Эта задача сводится к зада

че, решаемой регулятором, если принять, что

Х - вектор измерений частоты и перетоков активной мощности;

Х° - вектор уставок по частоте и перетокам активной мощности;

Н - матрица коэффициентов влияния генерируемых активных мощностей на активные мощности перетоков;

R, г - матрицы весовых коэффициентов в показателе качества регулирования;

и - вектор управляюпр-ix воздействий, т.е. заданий на измене5n

ние генерируемой активной мощности электростанций.

Формула изобретения

1. Регулятор для олтимизащ1и управления, содержап ий первый решающий блок, состоящий из N резисторов и блока трансформаторов, образующих матрицу из N строк и М столбцов, в которой первичные обмотки всех трансформаторов каждой строки матрицы соединены параллельно между собой и с одним из резисторов и соединены с выходом решающего блока, а вторичные обмотки всех трансформаторов каждого столбца матрицы соединены последовательно и соединены с входом первого решающего блока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функдаональных возможностей регулятора, в него введены второй решающий блок, генератор синусоидального напряжения, генератор прямоугольных импульсов, первый модулятор, вход которого является входом регулятора, второй модулятор, вход которого является задающим вхЪдом регулятора, выпрямитель, а в качестве трансформаторов использованы трансформаторы переменного тока, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с управляющими входами первого и второго модуляторов и входом генератора прямоугольных импульсов, соединенного парафазным вькодом с парафазным управляющим входом второго р ешающего блока, первый вход которого соединен с выходом первого модулятора, второр вход - с выходом второго модулятора, а выход через первый решающий блок соединен с входом выпрямителя, выход которого является выходом регулятора.

2. Регулятор по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что втор ой решающий блок содержит М вентилей перемен94926

Etoro тока, М резисторов, четыре блока трансформаторов, содержагщх по М трансформаторов переменного тока с единичньм коэффициентом трансформации, причем первичные обмотки трансформаторов первого блока трансформаторов соединены с выходом второго решающего блока, первичные обмотки трансфорQ маторов второго блока трансформаторов соединены с первым входом второго решающего блока, вторичные обмотки трансформаторов четвертого блока трансформаторов соединены с вторым

с входом второго решающего блока, вторичные обмотки т-х трансформаторов первого, второго и третьего блоков трансформаторов соединены последовательно в замкнутый контур, первичные

p, обмотки т-х трансформаторов третьего и четвертого блоков трансформаторов соединены последовательно с т-м резистором в замкнутый контур, а параллельно вторичной обмотке т-го

5 трансформатора третьего блока трансформаторов включен т-й вентиль переменного тока, парафазный управляющий вход которого является парафазным управляющим входом второго решающего

.Q блока.

3. Регулятор по п. 2, отличающий с я тем, что в нем каждый вентиль переменного тока содержит первый и второй полевые транзисторы, первый и второй диоды, причем эмит тер первого полевого транзистора соединен с катодом первого диода, коллектор второго полевого транзистора соединен с анодом второго диода, коллектор первого полевого транзистора и эмиттер второго полевого транзистора соединены и являются выходом вентиля переменного тока, анод первого диода и катод второго диода соединены и являются входом вентиля, а базы первого и второго транзисторов соединен. - с парафазным управляющим входом вентиля переменного тока.

40

45

/

9-N r

«Pi/e. 2

9-J-ff

9-N-m

20

Редактор В. Петраш

Составитель Ю. Сагалов

Техред М.ХоданичКорректор N . Демчик

Заказ 4218/36

Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Т

21

pus.

Подписное

Изобретение может быть использовано для оптимизации управления частотами и перетоками активной мощности энергосистемы, а также объектами, имеющими аналогичное математическое описание, проблема оптимизации которых сводится к решению соответствующей задачи квадратичного программирования. Введение в регулятор второго рещающего блока позволяет учитывать отклонение регулируемых параметров от уставок и ограничения на величину регулируемых параметров, что расширяет его функциональные возможности. Применение в решающих блоках трансформаторов переменного тока упрощает конструкцию регулятора, уменьшает его габариты и массу. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. § (Л оо со со 4:: ;о N5