Устройство для выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами Советский патент 1987 года по МПК H02J3/46 

13

выявляющий момент перехода синусоиды напряжения через нуль. Новым является применение нуль-органов тока 7, выявляющих моменты перехода через нуль синусоид токов генераторов, блоков измерения углов сдвига фаз между напряжением и током первого генератора 10 и между напряжением и током генератора 11, блока 12 измерения интервала времени от моментй перехода синусоиды тока первого генератора до моментов равенства мгновенных значений токов, блока 13 измерения интервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов, блока 14 задания граничных значений интервала времени от момента перехода через нуль синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений

.1 .

Изобретение относится к злектро- технике и предназначено для выявления наибольших активных и реактивных токов параллельно работающих генераторов переменного тока, и может быть использовано, в частности, в судовых электроэнергетических установках, управляемых современными автоматическими устройствами.

Цель изобретения - одновременное выявление генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки, упрощение и повышение точности измерения.

На фиг.1 изображены графики напряжения на шинах электростанции и токов нагрузки генераторов для случа параллельной работы двух синхронных генераторов; на фиг.2 - графики напряжения и токов нагрузки генераторо для случая, когда максимальное значение тока второго генератора больше максимального значения тока первого генератора; на фиг.З - то же, когда максимальное значение тока первого генератора больше максимального зна- чения тока второго генератора; на фиг.4 - блок-схема устройства дпя вы

19

токов, блока 15 задания граничных значений интервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов, блока 16 сравнения измеренных углов сдвига фазы между напряжением и токами обоих генераторов, блока 17 сравнения интервала времени от моментов перехода синусоиды первого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значениями,блока 18 сравнения интервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значениями, блока 19 выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки. 7 ид.

0

5

5

0

явления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивнЬ1м токами; на фиг.5 - функциональная схема нуль-органов напряжения и токов, генератора импульсов, блока выявления момента равенства мгновенных значений токов, блока измерения угла сдвига фазы между на- : пряжением и током первого генератора,, блока измерения угла сдвига фазы между напряжением и током второго генератора, блока измерения угла сдвига фазы между напряжением и то-, ком второго генератора, блока измерения интервала времени от момента перехода через нуль тока первого генератора до момента равенства венных значений токов, блока измерения времени от момента перехода через нуль синусои,ды напряжения до момента равенства мгновенных значений -токов, блока задания граничных значений интервала времени от момента перехода через нуль синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений токов, блока задания граничных значений времени от момента перехода

синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов; на фиг.6 - функциональные схемы блока сравнения углов сдвига фаз между напряжением и токами обоих генераторов, блока сравнения интервала времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значений TOIJOB с заданными граничными значениями, блока сравнения интервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений . токов с заданными граничными значениями; на фиг.7 - функциональная схема блрка выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагруз- ки.

На фиг. - 3 приняты следующие обозначения: U - напряжение на шинах электростанции; 1, i - токи нагрузки синхронных генераторов 1 и 2; i/,V, углы сдвига фазы между напряжением током первого и второго генераторов соответственно; t - интервал времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до мо- мента равенства мгновенных значений токов; 2 - интервал времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значений токов; t/ - угол сдвига фазы между токами генераторов; -D - заданный граничный интервал времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значений токов при равенстве амплитудных значений токов обоих генераторов.

Блок-схема устройства (фиг.А) содержит синхронные генераторы 1 и 2, датчики 3 и 4 тока (трансформаторы тока), нуль-орган 5 напряжения, нуль- органы 6 и 7 тока, блок 8 выявления моментов равенства мгновенных значений токов, генератор 9 импульсов, блок 10 измерения угла сдвига фазы между напряжением и током первого генератора (узел измерения угла М, ) блок 11 измерения угла сдвига фазы между напряжением и током второго генератора (узел измерения угла tfj ), блок 12 измерения интервала времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора до момента равенства

мгновенных значений токов (узел измерения интервала г), блок 13 измерения интервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов (узел измерения интервала t), блок 14 задания граничных значений интервала времени от момента перехода через нуль синусоиды тока первого генератора до момент равенства мгновенных значений токов (узел задания f ), блок 15 задания граничных значений интервала времени от момента перехода синусоид напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов (узел задания t), блок 16 сравнени измеренных углов сдвига фазы между напряжением и токами обоих генераторов (блок сравнения углов (/ и ел), блок 17 сравнения интервала времени от моментов перехода синусоиды первого генератора через нуль до момента равенства мгновенньк значений токов с заданными граничными значениями (блок сравнения Си « гр ) блок 18 сравнения интервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значениями (блок сравнения t и t р ), блок 19 выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки, шины 20 электростанций.

Устройство имеет (фиг.5) нуль-орган 21 напряжения, генератор 22 импульсов, нуль-органы 23 и 24 тока, блок 25 сравнения значений токов, двоичные счетчики 26 - 31, делитель 32 частоты, логические схемы И 33 - 37, логические схемы ИЛИ-НЕ 38 - 40, сумматоры 41 и 42 двоичных чисел, шины 43 - 49 выходов блоков измерени и задания граничных значений.

Кроме того, обозначены схемы 50 - 53 сравнения двух двоичных чисел, логическая схема РШИ 54, шины 55 - 57 выходов блоков сравнения (фиг.6).

Елок выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивными токами нагрузки (фиг.7) вьтолнен в виде двоично-десятичного дешифратора 58, двух логических схем ИЛИ 59 и 60 и двух логических схем НЕ 61 и 62.

5

Устройство для выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивными токами нагрузки из двух параллельно работающих синхронных генераторов основано на способе вьшвленйя наи- больиих активных и реактивных токов .генераторов с помощью фазных и вре- менных соотношений.

При индуктивно-активной нагрузке генераторов, что является наиболее частым случаем при работе генераторов судовых электростанций, напряжение на фазе опережает токи нагрузки (фиг.1). Цикл измерений начинается в момент, когда синусоида напряжения на шинах электростанции проходит через нуль. Интервал времени 6т момента перехода через нуль синусои- ды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений токов соответствует г (фиг. 2). Для случая, когда амплитудные значения токов равны, данный интервал соот- ветствует С . При С С гр амплитудное значение тока второго генератора больше амплитуды тока первого генератора (I 1 акс I/iwa c) (фиг.2).

При f гр (фиг.З) I

I

гр

1МС(КС

IMOKC

Граничное значение интервала времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значений ,токов находится по следующей формуле (фиг.2):

п tjr + ti/

i-rpо.

(1)

где время, соответствующее углу

;

t If - время, соответствующее углу ч.

Допустим, что Т -С, и

т макс

Из соотношения углов сдвига фаз

между напряжением и токами обоих ге- нераторов можно сделать вьшод о соотношении активных либо реактивных токов генераторов.

Пусть Lf (/2 , тогда COS V 7

COS t/, и I COS Vi IfMaKC osif,

Так как левая и правая части неравенства являются выражениями для активных токов генераторов, получаем, что активный ток второго генера

Q

g о 5 0

g

0

5

Q

196

тора больше активного тока первого

генератора: I сч 1ос

Пусть 1/2 7 1 тогда sin с/

у sin 1/ , . sin 2 1л,с,

Так как левая и правая .части неравенства являются выражениями для реактивных токов генераторов, получают, что реактивный ток второго генератора больше реактивного тока первого генератора: Iр 7 Ip . Аналогично рассматривают случай,

когда -г 7 «гр и ,с,кс II/««KCПусть ( uf тогда sin cf, 7 7 sin t/2. IIMOIKC: sin I/, 7 I 2 sin ifj Получают, что I,p I pj

Пусть if Lf , тогда cos if, 7

cos 1/2 и I,, COS .1, IjMa. iПолучают, что I c4i laj Для момента равенства мгновенных значений токов генераторов можно записать следующее выражение:

3iMc.( JlMaKc5(wt,-VjДелают необходимые преобразования:

IIMOKC (sin wt COS cos Lot sinif )

Т-2иак.с(5±-п1 coscot sin 1/2 )i

sinw t, (I,««,,cosv,- 4j) -cos u)t(I,sini,- i ). Выражения в скобках представляют разности,активных и реактивных составляющих токов генераторов.

Следовательно sinwt(Ia, - 1) cos wt, (I р, - Ip ).

Преобразуя это выражение, получают

sin COti I P1 - - -P2 COS wtiI 0(1 - Icil

Обозначают разности активных и реактивных соетавляюш.их токов через л1р и лТц. Так как левая часть равенства представляет tg wt , получают tgwt, dip

Щ

Обозначают wt с , тогда

, - Лр tg -ЛИз полученного выражения видно, что, если tg больше нуля, то возможны два случая:

О

или

о

r/iipx о

Ula О,

tgf больше нуля, когда угол f лежит в границах от нуля до Т/2 и от до 3/2J .

71

Из этого следует, что, находя границы нахождения для f , можно окончательно сделать вывод о соотношении активных и реактивных токов генераторов.

К примеру, для случая 1, когда

ISMCIKC ITMCIKC иЧ, M-j.

получают, что активный ток второго генератора больше активного тока первого генератора (I „2 ) Д° пустим, что угол лежит в пределах от нуля до /2, следовательно, tg f Он, так как для данного случая разность активных токов гене- раторов I (;,, - I аг меньше нуля (41 о, 0) f eлaeм вывод О соотношении реактивных токов генераторов, т.е. л IP О (реактивный ток второго генератора больше реактивного тока первого генератора). Такш-j образом, зная соотношение углов i и

, интервалов 2 и t , а также границы нахождения угла С , однозначно определяют соотношения активных и реактивных токов нагрузки параллельно работающих генераторов.

Устройство для выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивными токами из двух параллельно работающих генераторов 1 и 2 (фиг.4) работает следующим образом.

В начальный момент времени, когда синусоида напряжения на шинах 20 электростанции проходит через нуль, сигнал с нуль-органа 5 напряжения поступает на блоки измерения угла

i 10, угла lu 11, заданного граничного значения р 1 интервала времени t 15, соответствующего углу

I. Этот сигнал разрешает прохождение импульсов с генератора 9 импульсов в данные блоки для отсчета углов и интервалов времени.

В момент времени, когда синусоида тока первого генератора, подаваемая с датчика 3 тока проходит через нуль, срабатывает нуль-орган 6 тока первого генератора. Сигнал с его выхода поступает на вход блока 10 измерения угла 1д , где в этот момент заканчивается отсчет данного угла. Этот же сигнал поступает на вход блока 12 измерения интервала 1, разрешая прохождение импульсов с генератора 9 импульсов в данный блок.

В момент, когда синусоида тока второго генератора, подаваемая с

5

о

о

5

5

5

198

датчика 4 тока проходит через нуль, срабатывает, нуль-орган 7 тока. Сигнал с его выхода подается на блок 11 измерения угла (/ , запрещая прохождение импульсов с генератора 9

ИМПЗ ЛЬСОВ.

В момент, когда мгновенные значения токов 1 и ij становятся равными, блок 8 выявления этого момента подает сигнал, запрещающий прохождение импульсов с генератора 9 импульсов в блок 12 измерения интервала времени L . Блок 14 задания граничного значения интервала времени С осуществляет вычисление .- по формуле (1).

Блок 15 задания граничных значений интервалов времени отсчитывает время, соответствуюш,ее углам Т/2 и 7Г .

Блок 13 измерения интервала времени t производит сложение числа импульсов с блока 10 измерения угла Lf и числа импульсов блока 12 измерения интервала времени , так как интервал времени t равен сумме этих величин (фиг.).

После цикла измерения информации в двоичном коде поступает на входы блока 16 сравнения углов Ц и cf, , блока 18 сравнения интервалов времени i и С гр J блока 17 сравнения интервалов времени t и t .В блоках 16 - 18 сравнения двоичные.числа, соответствующие данным углам и интервалам времени, сравниваются между собой и на их выходах появляется информация в двоичном коде в зависимости от соотношений этих чисел. Комбинация в двоичном коде поступает на входы блока вьивления генератора с наибольшим активным и генератора 19 с наибольшим реактивным токами. В блоке 19 происходит анализ полученной комбинации, «е дешифрация, выявление наибольших активных и реактив- нь1Х токов генераторов.

Устройство для выявления генератора с наибольшим активным и реактивным токами нагрузки из двух параллельно работающих синхронных генераторов выполнено следуюш 1м образом (фиг.4 - 7).

Датчики 3 и 4 тока представляют собой трансформаторы тока, с выхода которых снимаются синусоиды токов обоих генераторов.

91

На выходе нуль-органа 21 напряжения появляется сигнал логической 1, когда синусоида напряжения проходит через нуль из отрицательного полупериода в положительный, и сигна логического О, когда синусоида напряжения проходит через нуль из положительного полупериода в отрицательный о

Нуль-органы 23 и 24 тока также выполнены и работают аналогичным образом, т.е.-когла синусоиды токов проходят через нуль в прямом и обратном направлениях.

Блок 25 сравнения мгновенных значений токов вьшолнен аналогично, На его выходе появляется сигнал логической 1 в момент совпадения мгновенных значений токов „

Генератор 22 импульсов реализован по схеме мультивибратора на базе операционного усилителя.

Узел измерения угла (/ выполнен следующим образом.

Трехвходовая схема И 33, первый вход которой подключен к выходу нуль-Ъргана 21 напряжения, второй - к выходу генератора 22 импульсов, третий - к выходу логической схемы ИЛИ-НЕ 38, коммутирует цепь прохождения импульсов с генератора 22 импульсов от момента срабатывания нуль органа 21 до момента срабатывания нуль-органа 23 и появления логического О на выходе схемы ИЛИ 38, Дво- ичный счетчик 26, вход которого соединен с выходом схемы 38, отсчитьша- ет число импульсов, соответствующее

углу /, .

Блок задания t содержит логическую схему И 34, первый вход которой соединен с выходом нуль-органа 21 напряжения, второй - с выходом генератора 22 импульсов, два двоичных счетчика 27 и 28, причем вход счетчика 27 соединен с выходом схемьг И 34, а выход младшего разряда подключен к входу счетчика 28. Схема И 34 разрешает прохождение импульсов с генератора 22 импульсов в течение полупериода. Счетчик 27 отсчитывает число импульсов, соответствующее углу , а счетчик 28 - число импульсов, соответствующее углу ,

Блок задания 1 f-p содержит логическую схему И 35, первый вход которой соединен с выходом нуль-органа 23 тока, второй - с выходом генера

0

0

5

910

тора 22 импульсов, третий - с выходом -логической схемы 37, коммутирует цепь прохождения импульсов с момента срабатывания нуль-органа 23 до момента появления логического О на выходе схемы И 37.

Делитель 32 частоты, выполненный на основе синхронного D-триггера, делит число импульсов, поступающих с выхода схемы И 35, на два. Двоичный счетчик 29, вход которого соединен с выходом делителя 32 частоты, отсчитывает число импульсов, соответствующее углу ц/2. Сумматор 41 двоичньгх чисел, на входы которого поступают сигналы с выходов счетчиков 28 и 29, осуществляет сложение двоичных чисел, соответствующих углам /2 и . Блок измерения угла t/ содержит логическую схему И 36, первый вход которой соединен с выходом нуль-органа 21 напряжения, второй - с выходом генератора 22 импульсов, третий - с выходом логической схемы ИЛИ-НЕ 37, двоичный счетчик 30, вход которого соединен с выходом схемы И 36. Последняя разрешает прохождение импульсов с момента срабатывания нуль- органа 21 напряжения до момента сра- батьшания нуль-органа 24, т.е. появления логического- О на выходе схемы ИПИ-НЕ 39.Двоичный счетчик 30 отсчиты- число Импульсов, соответствующее углу cf,, ..

Блок измерения интервала времени С имеет логическую схему И 37, пер- вьй вход которой подключен к выходу нуль-органа 23 тока, второй - к выходу генератора 22 импульсов, третий - к выходу логической схемы ИЛИ- НЕ 40, разрешает прохождение импульсов от момента срабатьшания нуль-органа 23 до момента появления логического О на выходе схемы ИЛИ-НЕ 40. Двоичный счетчик 31, вход которого соединен с выходом схемы 37, отсчитывает число импульсов, соответствующее интервалу i.

Блок измерения интервала времени t выполнен на основе сумматора 42 двоичных чисел, на входы которого поступают сигналы с выходов двоичных счетчиков 26 и 31. Сумматор осуществляет сложение двоичных чисел, соответствующих углу If и интервалу с

Сигналы в виде двоичньгх чисел с выходов блоков измерения по шинам

111

43 - 49 поступают на входы блоков сравнения (фиг.6).

Блок сравнения углов ц к i состоит из схемы 50 сравнения двух двоичных чисел. Если % Ч т.е. число В больше числа А, на выходе схемы 55 появляется сигнал логической 1.

Блок сравнения интервалов II и выполнен аналогично (схема 51). Если llpp 7 с , т.е. число А больше числа В, то на выходе С5{емы 56 появляется сигнал логической 1.

Блок сравнения интервалов t и

тр

состоит из двух схем 52 и 5.3

сравнения двоичных чисел и логическо схемы ИЛИ 54. Схема 52 сравнения сравнивает двоичные числа, соответствующие интервалу t и углу . Если число, соответствующее ,. больше числа, соответствзтащего t, то на выходе схемы 52 появляется сигнал логической 1. Схема 53 сравнения сравнивает числа, соответствующи интервалу t и углу Т . Если число, соответствующее углу Л ,больще числа,соответствующего интервалу t, то на выходе схемы 53 появляется сигнал логической 1. На выходе 57 логичес кой схемы ИЛИ 54, входы которой соединены с выходами схем 53 и 52 сравнения, появляется сигнал логической 1, если на выходе любой из схем сравнения появляется этот же сигнал. С выходов блоков 55-57 сравнения информация в виде комбинации из трех двоичных чисел поступает на входы блока выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным током.

«

Дешифратор 58 декодирует комбинацию двоичных чисел с выходов узлов 55 - 57 сравнения, В соот- ветствии с величиной двоичного числа на входах дешифратора на выходах 63 - 66 устройства появляются сигналы, показьшающие соотношение активных и реактивных токов генераторов.

Появление логической 1 на выход 63 сигнализирует о том, что второй генератор имеет наибольший активный ток. Если сигнал логической 1 появляется на выходе 64, следова- тельно, первый генератор имеет наибольший активный ток, если сигнал на выходе 65, следовательно, первый генератор имеет наибольший реак

5

5 о Q

5 0

5

1912

тивный ток. Появление сигнала логической 1 на выходе 66 показывает, что второй генератор имеет наибольший реактивный ток.

Применение предлагаемого устройства благодаря использованию способа выявления наибольших активных и реактивных токов генераторов с помощью фазных и временных соотношений позволяет одновременно выявлять генератор с наибольшим активным и генератор с наибольшим реактивным токами нагрузки из двух параллельно работаю- ш;их синхронных генераторов. В устройстве не используются сложные и недо- статочно точные датчики активного тока и механические измерительные системы. Для выявления как генератора с наибольшим активным, так и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки применяются одни и те же блоки, осуществляющие цифровой метод измерения углов сдвига фазы и временных интервалов. Все зто позволяет повысить точность измерений и упростить конструкцию. Кроме того, применение цифрового метода измерений дает возможность использования для обработки информации микропроцессорных наборов с таймерами.

Формула изобретения

Устройство для выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным- токами нагрузки из двух параллельно работающих синхронных генераторов, содержащее датчики тока нагрузки, включенные между шинами электростанции и статорными обмотками генераторов, нуль-орган напряжения, вход которого подключен к шинам электростанции, отличающееся тем, что, с целью одновременного вьшвления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки, упрощения и повышения точности измерения, устройство снабжено нуль-органом тока и блоком выявления момента равенства мгновенных значений токов, входы которых соединены с выходами датчиков тока, блоком измерения углов сдвига фаз между напряжением и токами, блоками измерения времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгно131

венных значений токов блоком измерения времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов, блоком задания граничных зна- чений времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства токов, блоком задания граничных значе- НИИ времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных, значений токов, блоком сравнения значений углов сдвига фаз, между напряжением и токами каждого генератора, блоком сравнения времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значе- ниями, блоком сравнения времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значениями, а блок выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки вьшол- ней в виде схемы двоично-десятичного

1914

дешифратора, двух схем ИЛИ и двух схем НЕ, причем первые входы блоков измерения углов сдвига фаз между напряжением и токами подключены к выходам нуль-органов токов, вторые - к выходу нуль-органа напряжения, третьи - к выходу генератора импульсов, первьй вход блока измерения времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значений токов соединен с выходом нуль-органа тока, второй - с выходом блока выявления момента равенства мгновенных значений токов, третий - с выходом генератора импульсов, первый вход блока измерения времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства установленных значений токов подключен к выходу блока измерения угла сдвига фазы между напряжением и током первого генератора, второй - к выходу блока измерения времени от момента перехода через нуль синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений токов.

Изобретение относится к устройствам для распределения нагрузок двух параллельно работают ix электромашинных генераторов и может быть использовано, в частности, при параллельной работе синхронных генераторов судовых электроэнергетических установок. Целью изобретения является возможность одновременного выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки из двух параллельно работающих синх1)онных генераторов повьш1ение точности измерений и упрощение. Устройство включает датчики тока 3 и 4, нуль-орган напряжения 5, (Л о 4 СО Ьымды игЛ

U,

/и

Фиг.1

l«,ii,i

U,li,it

// J

fie.3

4J

Фиъ.