Устройство для регулирования компенсатора реактивной мощности Советский патент 1988 года по МПК H02J3/18 

(/)

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к управлению режимами сетей путем воздействия на баланс реак .ивной мощности. Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности. Устройство может работать как в режиме компенсации суммарной реактивной мощности нагрузки, так и отдельного потребителя. Имеется KONma- ратор 9 знака входной реактивной мопг- ности, обеспечивающий включение-отключение секций конденсаторных батарей (КБ) по одному каналу формирования кодовой комбинации управления на регистре 23 в соответствии с числом импульсов генератора 15 за цикл регулирования и предыдущим состоянием рес

Фк

версивного счетчика 22 (в первом режиме компенсации). Запуском и остановом генератора 15 управляет компара- тор )I в зависимости от уровня сигналов на его входах от выпрямителя 8, входного сигнала с датчика 6 (Up(,), и аналогового сумматора 1А (и,,) опорного сигнала U и сигнала обратной связи ( 1 ) , формируемого по цепочке генератор 15 - суммирующий счетчик 12 - цифроаналоговый преобразователь 13. В исходном состоянии и Ug,, и, . При ,, Ugn компаратор 11 запускает генера1

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к управле нию режимами сетей путем воздействия на баланс реактивной мощности.

Цель изобретения - расширение об- ласти применения и повышение надежности.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для регулирования компенсатора реактивной мощности; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства в двух раз- личньос режимах компенсации реактивной мощности; на фиг.4 и 5 - схемы подключения устройства для регулиро- вания в различных режимах компенсации реактивной мощности.

Устройство,подключенное к электри- 1еской сети с нагрузкой 1, содержит четыре секции конденсаторньк батарей (КБ) 2.1-2.4, блоки 3.1-3.4 коммутации, трансформатор 4 напряжения,трансформатор 5 тока, датчик 6 реактивной мощности (ДРМ), регулятор 7, прецизионный выпрямитель 8, компаратор 9 определения знака реактивной мощности, компаратор 10 сброса суммирующего счетчика, компаратор 11 запуска генератора импульсов, суммирующий счетчик 12, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13, аналоговую схему 14 суммирования, генератор импульсов 15, логический элемент НЕ 16, первый, второй и третий логические элементы ЗИ-НЕ 17-19, элемент 20 ограничения прямого счета реверсивно,-

тор 15 и останавливает его при соотношении U,g d U,, и„„ ,ь,х,з- Одновременно счетчик 12 обнуляется, а по импульсу одновибратора 24 считьша ется код с регистра 23, происходит переключение секции КБ, обеспечивающее баланс реактивной мощности, при котором , и схема затормаживается. Во втором режиме переключатель 26 обеспечивает обнуление счетчика 22 и одинаковые условия его работы со счетчиком 12. В остальном работа схемы аналогична работе схемы в первом режиме. 5 ил.

105

20 3525

го счетчика, элемент 21 ограничения обратного счета реверсивного счетчика, четырехразрядный реверсивный двоичный счетчик 22, регистр 23 памяти, одновибратор 24, логический элемент 2И 25, переключатель 26 режимов компенсации и усилитель-формирователь 27 управляющих сигналов бло- кор коммутации.

Устройство может работать в двух режимах, отличающихся способами формирования сигналов управления блоками коммутации конденсаторных батарей (КБ), в функции которых происходит компенсация реактивной мощности.

В первом режиме (фиг.4) датчик 6 реактивной мощности подключен через трансформатор 4 напряжения и трансформатор 5 тока к питающему фидеру узла нагрузки и регулирование осуществляется в функции суммарной реактивной мощности нагрузки 1 и конденсаторных батарей 2.

Во втором режиме (фиг.5) датчик 6 реактивной мощности подключен через трансформатор 4 напряжения и трансформатор 5 тока непосредственно к нагрузке 1 и регулирование в этом случае осуществляется в функции реактивной мощности, потребляемой этой нагрузкой. При этом выходной сигнал ДРМ 6 имеет положительное значение при индуктивном характере реактивной мощности сети и отрицательное значение при емкостном.

Работа устройства в первом режиме (фиг.4).

Пусть в исходном состоянии в интервале времени t.j-t реактивная мощность в сети имеет положительное значение, при котором входное напряжение ДРМ 6 меньше чем U, , величина которого пропорциональна минимальному значек ф) реактивной мощности секций д конденсаторных батарей (фиг.2, вых.6), Этот сигнал с ДРМ поступает на вход компаратора 9, на выходе которого появляется высокий потенциал (фиг.2,

вых.9). Этот оигнал подается на вто- нии и сигналы на включение блоков рой вход элемента ЗИ-НЕ 17, на треть- 3.1-3.4 коммутации отсутствуют.

на выходе компаратора I1 присутст ет нулевой потенциал (фиг.2, вых. который запрещает работу генерато 15 импульсов, в результате чего л гические нули сохраняются во всех разрядах счетчиков 12 и 22, остаю ся нулевой потенциал на выходе ЦАП 13 (фиг.2, вых.13) и логические н на выходах параллельного регистра 23 памяти (фиг.2, вых.23). Регист 23 находится в заторможенном сост

ем входе которого присутствует высокий потенциал с выхода элемента 20 ограничения прямого счета реверсивного счетчика. В этот момент через элемент ЗИ-НЕ I7 возможно прохождение импульсов с генератора 15 импульсов на шину сложения (прямой счет) реверсивного счетчика 22. Сигнал с компаратора 9 поступает также на вход элемента НЕ 16, на выходе которого появляется низкий потенциал, поступающий на второй вход элемента ЗИ-НЕ 18, на третьем входе которого присутствует высокий потенциал с выхода элемента 21 ограничения обратного счета реверсивного счетчика. При этом элемент ЗИ-НЕ 18 запрещает прохождение импульсов с генератора 15 на шину вычитания (обратный счет) реверсивного счетчика 22. Счетчик тем самым подготовлен к работе в режиме сложения. Сигнал с ДРМ 6 поступает также на вход прецизионного выпрямителя В, с выхода которого вьтрямлен- ный сигнал поступает на первый вход компаратора 10, управляющего работой суммирующего счетчика 12 и ЦАП 13, и на первый вход компаратора 11. При этом в интервале времени t -t во всех разрядах суммирующего счетчика

12 имеются логические нули, а на входе и выходе ЦАП 13 соответственно нулевой потенциал (фиг.2, вых.13). Сигнал с выхода ЦАП 13 поступает на первый вход аналоговой схемы 14 суммирования, на второй вход которой подается опорное напряжение U , при этом на выходе аналоговой схемы 14 суммирования получают сумму и. Uebixi3 Ч,г,с.п- S интервале времени

Чt выходное напряжение аналоговой схемы 14 суммирования (фиг.2, вых. 14), равное Uof,, подается на втонии и сигналы на включение блоков 3.1-3.4 коммутации отсутствуют.

рой вход компаратора 11. При U

и„,,„ выпрямителя 8 (фиг. 2, вых.8)

BDIX JJ

на выходе компаратора I1 присутствует нулевой потенциал (фиг.2, вых.11), который запрещает работу генератора 15 импульсов, в результате чего логические нули сохраняются во всех разрядах счетчиков 12 и 22, остаются нулевой потенциал на выходе ЦАП 13 (фиг.2, вых.13) и логические нули на выходах параллельного регистра 23 памяти (фиг.2, вых.23). Регистр 23 находится в заторможенном состоя0

5

Допустим, в интервале времени происходит увеличение реактивной мощности, потребляемой нагрузкой 1, которое приводит к соответствующему увеличению выходного напряжения ДРМ 6 до установившегося значения А (фиг.2, вых.6, момент t). Тогда в момент времени t , сигнал с ДРМ 6 оказьшается больше U

5

0

, при этом напряжение на выходе выпрямителя 8, поступающее на первый вход компаратора 11, становится больше, чем напряжение на его втором входе, равное

on « результате низкий потенциал на выходе компаратора 11 скачкообразно изменяется на высокий и разрещает работу генератора 15 импульсов (фиг.2, вых.15), выходные импульсы которого поступают через элемент ЗИ-НЕ 17 (фиг.2, вых.17) на вход сложения реверсивного счетчика 22 и на суммирующий вход счетчика 12. Реверсивный счетчик 22 начинает счет импульсов с генератора 15 в режиме сложения (прямой счет),и на его выходах появляются высокие потенциалы, соответствующие двоичному коду 1:2:4: :8, поступающие на вход параллельно- 5 го регистра 23 памяти. Изменение логической кодовой комбинации на выходе счетчика 12 приводит к ступенчатому увеличению выходного напряжения ЦАП 13, которое поступает на вход компаратора 10 и на вход аналоговой схемы 14 суммирования. В последней происходит сложение выходного сигнала ЦАП 13 и опорного напряжения U , после чего результирующий сигнал змп U«vin5 и, поступает на второй вход компаратора 11. В момент времени t потенциал с выхода схемы 14 (уровень напряжения А на фиг.4, вых.14) становится больше, чем по-

0

5

тенциал с выхода выпрямителя 8. Тогда высокий потенциал на выходе компаратора 1 1 скачкообразно изменяется на низкий (фиг. 2 увък .11, момент t), что приводит к остановке генератора 15 (фиг.2, вых.15, момент t ) и счетчиков 12 и 22. Срабатывание компаратора 1I приводит к запуску через элемент ЗИ-НЕ 19 одновибратора 24 и формированию на его выходе импульса (фиг.2, вых.24), поступающего на шину считьшания регистра 23 памяти. В частности, в момент времени t происходит передача цифрового кодового сигнала 0101 с выхода регистра 23 на блоки 3.1-3.4 коммутации, которые с задержкой времени t -t подключают определяемые этим кодом секции конденсаторных батарей 2.1-2.4. В этом случае происходит подключение первой и третьей секций конденсаторных батарей. В момент времени tg(фиг.2) происходит снижение реактивной мощности в питающем фидере (фиг.4),что вызьгеа- ет соответствующее снижение выходного напряжения датчика 6 на величину, пропорциональную реактивной мощности конденсаторных батарей. Соответственно изменяется сигнал с выхода выпрямителя 8, поступающий на первый вход компаратора 10, который в момент t становится меньше, чем сигнал на его втором входе (напряжение В), поступающий с выхода ЦАП 13. Тогда, в момент времени t на входе компаратора 10 появляется высокий потенциал (фиг.2, вых.10), который приводит к установке логических нулей во всех разрядах счетчика 12 и нулевому потенциалу на рыходе ЦАП 13, что вызьшает изменение на втором входе компаратора 10 высокого потенциала на низкий (фиг.2, вых.10, момент t ). В сети устанавливается баланс реактивной мощности, и регулятор 7 переходит в исходное заторможенное состояние.

Пусть в момент времени t происходит дополнительное увеличение реактивной мощности, потребляемой нагрузкой 1 (фиг.4), что приводит к соответствующему увеличению напряжения на выходе ДРМ 6 до значения А в момент tg (фиг.2, вых.6). При этом процесс набора кодовой комбинации на выходе параллельного регистра 23 повторяется, и в момент времени tg регулятор 7 подает команду на отключение секции КБ 2.1 и включение сек

5

0

5

0

5

0

ции КБ 2.4, что приводит к установлению баланса реактивной мощности в сети и переходу регулятора 7 в исходное заторможенное состояние.

Пусть в интервале времени t -t происходит уменьшение реактивной мощности, потребляемой нагрузкой 1, до установившегося значения А. При этом в момент выходное напряжение датчика 6 принимает отрицательное значение, что приводит к срабатьщанию компаратора 9 и появлению на его выходе низкого потенциала, который через элемент НЕ 16 (фиг.2, вых.16) разрешает прохождение импульсов от генератора 15 через элемент ЗИ-НЕ 18 на вход вычитания реверсивного счетчика 22 и запрещает прохождение импульсов от генератора 15 через элемент ЗИ-НЕ 17 на вход сложения счетчика 22. В момент времени t напряжение на вьЛо- де вьшрямителя В, поступающее на первый вход компаратора 1 1 , превьш1ает опорное напряжение U , поступающее на его второй вход с аналоговой схемы 14 суммирования, что приводит к появлению высокого потенциала на выходе компаратора 11 и запуску генератора 15, импульсы которого поступают через элемент ЗИ-НЕ 18 (фиг.2,вых.18) вьтитания счетчика 22 и на вход счетчика 12. Счетчик 22 начинает счет импульсов, поступающих на вход вычитания, и на его выходах появляются высокие потенциалы согласно двоичному коду 0111, поступающие на вход регистра 23. Изменение логической кодовой комбинации на выходах счетчика 12 приводит к ступенчатому изменению выходного напряжения ЦАП 13, которое суммируется с опорным напряжением в аналоговой схеме 14 суммирования, выходное напряжение которой

5

0

5

равно и

Bbii 1

вы.х и - on

В момент

времени t напряжение на выходе схемы 14 (фиг.2, вых.14) становится - больше напряжения на выходе выпрямителя 8 (напряжение А„, фиг.2, . вых.8) и на выходе компаратора II появляется низкий потенциал, который запрещает работу генератора 15 импульсов и останавливает счетчики 12 и 22, а через элемент ЗИ-НЕ 19 запускает в работу одновибратор 24, что приводит к формированию на его выходе импульса, поступающего на щину считы вания регистра 23 памяти, после чего в момент времени Ц происходит передача цифровой кодовой комбинации 0111 с выхода регистра 23 памяти на блоки 3.1-3.4 коммутации (фиг.2, вых.23). В соответствии с этим кодом происходит отключение секции КБ 2.4 и подключение к сети секций КБ 2.1 и 2.2, после чего в сети устанавливается баланс реактивной мощности и регулятор 7 переходит в исходный заторможенный режим.

Работа устройства во втором режиме (фиг.5) .

Переключатель 26 режимов компенсации переводится в состояние, при котором на его выходе появляется высокий потенциал, подаваемый на первый вход логического элемента 2И 25, что разрешает прохождение сигналов с компаратора 10 подаваемых на второй вход элемента 2И 25, на вход сброса реверсивного счетчика 22, В этом случае счетчики 12 и 22 работают в одинаковых режимах.

Допустим, реактивная мощность, потребляемая нагрузкой 1 в интервале времени t - t увеличилась и в момент времени t (фиг.З) выходной сигнал датчика 6 и, соответственно, высигнал, поступающий на первый вход компаратора 10 становится меньше,чем выходной сигнал ЦАП 13, поступающий на второй вход компаратора 10. В результате в момент времени tg на выходе компаратора 10 появляется высокий потенциал (фиг.З, вых.10), который поступает на вход сброса счетчика 12

10 и через элемент 2И 25 на вход сброса счетчика 22, что приводит к появлению логических нулей во всех разрядах счетчиков 12 и 22 и нулевого потенциала на выходе ЦАП 1 3 (фиг . 3, вых .13).

15 Дальнейшая работа элементов регулятора 7 аналогична первому режиму компенсации. В момент времени t выполняется условие U,,,, вь.«14, в сети устанавливается баланс реак20 тивной мощности и регулятор 7 переходит в заторможенное состояние.

Использование пред.пагаемого устройства в двух режимах компенсации реактивной мощности позволяет значи25 тельно расширить область его гфиме- нения.

Использование одного канала на включение и отключение коммутирующих

блоков упрощает и повышает надежность ходной сигнал вьшрямителя 8 превышает зо работы предлагаемого устройства, а

при использовании тиристорных блоков коммутации позволяет добиться унифивеличину опорного напряжения U . Тогда в интервале времени t -t работа элементов регулятора 7 аналогична его работе в первом режиме компенсации. В момент времени t . выходной импульс

кации предлагаемого устройства.

35

Формула изобретения Устройство для регулирования компенсатора реактивной мощности, содержащее п секций конденсаторных батарей, подключенных к сети через блоки

35

Формула изобретения Устройство для регулирования компенсатора реактивной мощности, содержащее п секций конденсаторных батарей, подключенных к сети через блоки

трансформатор напряжения и трансформатор тока, регулятор, соединенный с выходом датчика реактивной мощносодновибратора 24, подаваемый на шину считывания регистра 23, приводит в частности, к передаче цифрового кода 0101 с выхода регистра 23 на формирователь 27 управляющих сигналов бло- до коммутации, датчик реактивной мощ- ков коммутации, что приводит к сраба- . ности, подключенный к сети через тьшанию блоков 3.1 и 3.3 коммутации. После подключения секций КБ 2.1 и 2.3 сигнал с выхода ДРМ 6,пропорциональный реактивной мощности,потребляемой наг- 45 содержащий компаратор сброса рузкой 1, больше не изменяется (фиг.З, суммирующего счетчика, генератор им- ВЫХ.6), соответственно, не изменяется выходной сигнал выпрямителя 8, в результате чего регулятор 7 переходит в заторможенный режим работы.При дальнейшем увеличении реактивной мощности нагрузки в момент времени tg-t процесс набора логической кодовой комбинации повторяется и в момент времени t

50

на выходе параллельного регистра 23 появляется команда на отключе- ние секции КБ 2.1 и включение секции 2.4, после чего регулятор-7 переходит в заторможенный режим работы.

пульсов, :цифроаналоговый преобразователь, реверсивный двоичный счетчик элемент ограничения обратного счета реверсивного счетчика, элемент ограничения прямого счета реверсггвного счетчика, логический элемент 2И, логический элемент НЕ, усилитель-формирователь управляющих сигналов блоков коммутации, при этом выход компаратора сбрюса суммирующего счетчика связан с шиной обнуления реверсивного двоичного счетчика, вькоды которого подключены к элементам ограниче24668

сигнал, поступающий на первый вход компаратора 10 становится меньше,чем выходной сигнал ЦАП 13, поступающий на второй вход компаратора 10. В результате в момент времени tg на выходе компаратора 10 появляется высокий потенциал (фиг.З, вых.10), который поступает на вход сброса счетчика 12

10 и через элемент 2И 25 на вход сброса счетчика 22, что приводит к появлению логических нулей во всех разрядах счетчиков 12 и 22 и нулевого потенциала на выходе ЦАП 1 3 (фиг . 3, вых .13).

15 Дальнейшая работа элементов регулятора 7 аналогична первому режиму компенсации. В момент времени t выполняется условие U,,,, вь.«14, в сети устанавливается баланс реак20 тивной мощности и регулятор 7 переходит в заторможенное состояние.

Использование пред.пагаемого устройства в двух режимах компенсации реактивной мощности позволяет значи25 тельно расширить область его гфиме- нения.

Использование одного канала на включение и отключение коммутирующих

кации предлагаемого устройства.

Формула изобретения Устройство для регулирования компенсатора реактивной мощности, содержащее п секций конденсаторных батарей, подключенных к сети через блоки

коммутации, датчик реактивной мощ- ности, подключенный к сети через содержащий компаратор сброса суммирующего счетчика, генератор им-

трансформатор напряжения и трансформатор тока, регулятор, соединенный с выходом датчика реактивной мощноскоммутации, датчик реактивной мощ- ности, подключенный к сети через содержащий компаратор сброса суммирующего счетчика, генератор им-

коммутации, датчик реактивной мощ- ности, подключенный к сети через содержащий компаратор сброса суммирующего счетчика, генератор им-

пульсов, :цифроаналоговый преобразователь, реверсивный двоичный счетчик, элемент ограничения обратного счета реверсивного счетчика, элемент ограничения прямого счета реверсггвного счетчика, логический элемент 2И, логический элемент НЕ, усилитель-формирователь управляющих сигналов блоков коммутации, при этом выход компаратора сбрюса суммирующего счетчика связан с шиной обнуления реверсивного двоичного счетчика, вькоды которого подключены к элементам ограниче91

ния прямого и обратного счета реверсивного счетчика, выходы усилителя-формирователя управляющих сигналов блоков коммутации соединены с блокамикоммутации секций конденсаторных батарей, о тличающе- вся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности регулирования, оно снабжено компаратором определения знака реактивной мощности, прецизионным выпрямителем, компаратором запуска генератора импульсов, суммирующим счетчиком, аналоговой схемой суммирова- ния, тремя логическими злементами ЗИ-НЕ, параллельным регистром памяти одновибратором, переключателем режимов компенсации, при этом вход прецизионного выпрямителя и первый вход компаратора определения знака реактивной мощности, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, подключены к выходу датчика

реактивной мощности, выход компарато-25 ратора импульсов, выход которого сое-

ра определения знака реактивной мощности соединен с вторым входом первого логического элемента ЗИ-НЕ непосредственно и с вторым входом второго логического элемента ЗИ-НЕ через логический элемент НЕ, первые входы упомянутых логических элементов ЗИНЕ подключены к выходу генератора импульсов, третьи входы первого и второго элементов ЗИ-НЕ соединены соответственно с выходами элементов ограничения прямого и обратного счета реверсивного двоичного счетчика, а выходы первого и второго логических

элементов ЗИ-НЕ соответственно подклю- д реверсивного счетчика и к регистру

чены к шинам сложения и вычитания реверсивного двоичного счетчика, выход прецизионного выпрямителя подключен к первым входам компаратора сброса суммирующего счетчика и компаратора

6

10

запуска генератора импульсов, второй вход компаратора сброса суммирующего счетчика соединен с выходом цифро- аналогового преобразователя и с пер- вьм входом аналоговой схемы суммирования, второй вход которой подключен

к опорному напряжению, а второй вход компаратора запуска генератора импульсов соединен с выходом аналоговой схемы суммирования, -выход компаратора запуска генератора импульсов подключен к первому входу третьего логического элемента ЗИ-НЕ, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами элементов ограничения прямого и обратного счета реверсивного двоичного счетчика, а выход третьего логического элемента ЗИ-НЕ соединен с входом одновибратора, выход которого подключен к шине считывания регистра памяти, выход компаратора запуска генератора импульсов подключен также к шине запуска гене0

5

динен с шиной суммирования суммирующего счетчика, а выходы суммирующего счетчика соединены с входами цифро- аналогового преобразователя, шина обнуления суммирующего счетчика соединена с компаратором сброса суммирующего счетчика и с вторым входом элемента 2И, к первому входу которого подключен переключатель режимов компенсации, выход логического элемента 2И соединен с шиной обнуления реверсивного двоичного счетчика, вьпсоды которого подключены к элементам ограничения прямого и обратного счета

памяти, а выходы регистра памяти соединены с входами усилителя-фррмирова- теля управляющих сигналов блоков ком- мутации конденсаторных батарей.

to tf t jttifif 7 2

Фш.2

Вых 6

Вых.25

U

Vo i, iz j 5 в i,

ФигЗ

tn

о

6

Z1

гА