Устройство для регулирования реактивной мощности Советский патент 1989 года по МПК H02J3/18 

10

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при построении систем электроснабжения для поддеряшния заданного баланса реактивной молиюсти.

Цель изобретения - повьппение надежности.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 и 3 - , временные диаграммы, посняюпще его работу.

Устройство для регулирования реактивной мощности в системе электроснабжения содержит п секций 1 конденсаторной батареи, подключаемых к Ш1игам посредством блоков 2 коммутации, и вентильно-реакторное компенсирующее устройство 3. Б состав устройства входит также включенный в цепь вентильно-реакторного компенси- ,его устройства датчик 4 тока, состоящий из трехфазной группы трансформаторов 5 тока и .выпрямителя 6, вьгход которого подключен, к инверти- входу первого компаратора 7 и инвертирующему входу второго ком- паратора 8,, другие входы которьк подключены соответственно к nepBONry .9 и второму 10 источникам опорного напряжения/ Устройство содержит также цифровую пересчетную схему, в состав которой входят шесть логических элементов 2И 11-16, дна логических элемента НЕ 17.и 18, логический элемент П1Ш 19, два счетчика на К 20 и 21 (где К - число коммутаций вентилей вентильно-реакторного ком- пенсирующего устройства за период напряжения системы электропитания), RS-триггер 22J синхронизатор 23,эле- MeiiT 24 задержки и п-разрядный реверсивный регистр 25 сдвига.

При этом вход синхронизатора 23 подключен к 1пннам системы электроснабжения,, а выход соединен с входом С1 первого счетчика 20,, с одним из входов первого 11, второго 12, третьего 13 элементов 2И и через элемент 24 задержки с входом синхронизации С регистра 25 сдвига, а также с одним из входов четвертого 14 и пятого 15 элементов 2И, вьгход первого компаратора 7 подключен к второму входу первого элемента 2И 11, выход последнего соединен с одним из входов шестого элемента 2И 16, другой вход ко- торого подключен к выходу Q первого счетчика 20, а выход соединен с

5

0

5

0

5

40

45

50

55

S-входом триггера 22, выход Q которого соединен с записывающим D и управляющим Sc входами регистра 25 сдвиг а, а также с вторым входом четвертого элемента 2Н 14, выход которого образует входы сброса R первого счетчика 20 и R-триггера 22, выход второго компаратора 8 соединен с вторым входом второго элемента 2И 12, выход которого подключен к входу .С1 второго счетчика 21, выход второго компаратора 8 соединен также через первый элемент НЕ 17с вторым входом третьего элемента 2И 13, а выход последнего подключен к одному из входов логического элемента , 2ИШ-1 19, другой вход Которого соединен с выходом пятого элемента 2И 15, , а выход его образует вход сброса R второго счетчика 21,выход которого соединен с управляющим S .f и через второй эяемент НЕ 18 с записьгеающим D| входами регистра 25 сдвига, а так- же с вторым входом пятого элемента 2И 15,

Цепь управления вентильно-реактор- ным компенсирующим устройством 3 образует контур, содержащий датчик 26 обратной связи, схему 27 сравнения, блок 28 управления 1зентильно-реактор- ным компенсируюцр-1М устройством 3 и датчик 29 тока нагрузки, при этом выход последнего подключен к одному из входов датчика 26, другой вход которого подключен к цшнам cиcтe ьr электроснабжения, а выход его соединен с одним из входов схемы 27 сравнения, на другой вход которой пос- тупает опорный сигнал, выход схемы 27 сравнения соединен с входом блока 28 управления, выход которого об- разует управляющий вход вентильно- реакторного компенсирующего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Поддержание заданного баланса реактивной мощности в системе электро- снабжеьшя осуществляется путем плавного изменения реактивной мощности вентильно-реакторного компенсирующего устройства 3 в функции отклонения величины стабилизируемого параметра (угла Lf сдвига фаз между напряжения- ьш системы и током нагрузки) и ступенчатого изменения реактивной мощности за счет подключения (отключения) определенного количества секций 1 , pei-yjiiipyeMoro при помоищ бло- кор 2 коммутации батареи конденсаторов. Сигнал, пропорциональный уг-- лу М сдвига фаз, вырабатывается датчиком 26 обратной связи, этот сигнал на схеме 27 сравнения сравнивается с опорным сигнаттом U и разница подается на информационный вход блока 28 управления вентильно- реакторным компенсирующим устройством. Последний осуществляет сдвиг последовательности вырабатываем ; им импульсов управления вентилями ком- пенсатора 3 на временной интервал, пропорциональный величине отклонения угла Ч от заданного значения. Следствием этого является изменение величины потребляемого компенсатором 3 реактивного тока (и, соответственно, величины реактивной энергии), что в конечном итоге приводит к компенсации возмущающего воздействия нагрузки на величину стабилизируемог параметра.

При глубоком изменении нагрузки компенсация возмущающего воздействия осуществляется путем переключения секций конденсаторной батареи. Переключение секций 1 производится на основании информации о величине реактивной мощности компенсирующего . устройства 3 посвадством контроля за величиной тока последнего, Какск- мальная реактивная мощность компенсирующего устройства 3 определяется из условия компенсации реактивной мощности одной секции 1 конденсаторной батареи. Для некоторых; систем (например, которые предполагают в качестве источника питания автономный инвертор тока) компенсатор 3 должен рассчитываться из условия ; компенсации реактивной мощности емкостного характера, имеющего место в системе и необходимого для обеспечения коммутационной устойчивости инвертора при кратковременных перегрузках, обусловленных, к примеруj пуском двигателя или подключением индукционного нагревательного поста при централизованном электроснабжении. Логика работы устройства такова, что подключение очередной секции 1 происходит сразу после того, как на одном из интервалов работы компенсатора 3 амплитуда тока последнего станет меньще наперед заданного значе шя, следующее подключени

5

0

5

0

5

0

5

0

5

будет происходить при тех же условиях, но пО истечении нремени, рапного периоду напряжа1;ия систеьпл и (необходимого для затухания переходного процесса подключения сск1тий 1 регулируемой части . конденсаторной батареи .

Отключение очередной секцт; 1 конденсаторной батареи будет происходить после того, как на всех шести (если схема компенсатора 3 трехфазная мостовая) интервалах работы амплитуда тока вентильно-реак- торного компенсирующего устройства 3 превысит наперед заданное значение. 3 системах электропитания, построенные на базе автономного инверто-, ра тока, это гарантирует то, что при несимметричном характере нагрузки отключение секций 1 не приведет к аварийном ,т-1еньще1-шю реактивной мощности емкостного характера в наиболее загруженной фазе и, как следствие, к срыву инвертирования.

Последовательность работы канала формирования сигнала на подключение очередной сек1даи 1 к шинам системы электроснабжения иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 2).

Выделение сигнала, пропорционального току компенсирующего устройства 3, производит датчик 4 тока, содержащий трехфазную группу трансформаторов 5 тока и Быпряг.штель 6. Этот сигнал поступает на инвертирующий вход первого компаратора 7, на неинверти- рутащий вход которого поступает опорное напряжение источника 9, величина которого определяет м1- нимально допустимую аьтлитуду тока компенсирующего устройства 3, На выходе компаратора 7 будет присутствовать сигнал, равный уровню логической единицы, когХа напряжение источника 9 превы- щает напряжение датчика 4, и равный уровню логического нуля в обратном случае.Этот сигнал поступает на один из входов первого элемента 2И 11, на другой вход которого с выхода синхронизатора 23 поступают импульсы, сформированные в момент перехода напряжения системы через ноль. Этот момент будет совмещен с амплитудой тока вентильно-реакторного компенсирующего устройства 3.

Итак, если амплитуда тока компенсирующего устройства 3 в каждый интервал времени превьшшет эталонный

уровень, на выходе первого элемента 2И 11 постоянно присутствует нулевой уровень. Стоит хотя бы на одном интервале току комненс атора 3 упасть ниже эталонного значения, как ввиду присутствия на выходе комнаратора 7 в синхронизируюар й моме1 т единичного уровня на выходе элемента 2И 11 появится импульс, который поступает на один из входов шестого элемента 2И 16. На другой вход элемента 16 с выхода первого счетчика 20 поступает сигнал логического нуля, если в течение предыдущего периода уже происходила процедура подключения секции 1, и сигнал логической единицы, если указанная процедура места не имела,

Слежение за числом истекших ип-. тервалов после подключения очередной секции 1 осуществляется счетчиком на К (для трехфазной мостовой схемы К 6), который после сброса в нулевое состояние шестым по счету прошедшим импульсом с выхода синхрО1Л1затора на вход С1 устанавливает на выходе 0 уровень логической единицы. Таким образом, поступивший на один из вхо- . дов элемента 2И 16 импульс при наличии на втором входе уровня логическо единицы появляется на З-входе RS- триггера. На выходе последнего устанавливается уровень логической едихш цы который подается на первый управляющий SQ и первьш записывающий D р входы регистра 25 сдвига.

После прихода задержанного на элементе 24.импульса на синхронизирую- С-вход регистра 25 реализуется процедура записи логической единицы в младший разряд регистра 25 и сдвиг выходной последовательности влево. Элемент 24 задержки обеспечивает сдвиг синхронизирующего момента записи на время, необходимое для установления требуемых уровней на управляющих So, 5, и записывающих Ср,Пц входах регистра 25.

Запись очередной единицы в регист приводит к срабатыванию соответствующего блока 2 коммутации и подтшюче- imm очередной секции 1 к шинам системы. Появивишйся на выходе Q триггера уровень логической единицы поступает также на один из входов четвертого логического элемента 2И 14, на другой вход которого поступает задержанный на элементе 24 импульс

р 10

15

20

71247 -

синхронизации. Появивиийся на элементе 14 импульс подается на входы сброса R первого счетчика 20 и триггера 22,устанавливая на выходных выводах последних нулевые уровни прежде,чем ноявится,следуюпщй импульс синхронизации. Тем исключается последовательное подключение нескольких секций 1 конденсаторной батареи к выходным шинам системы.

Канал устройства, предназначенный для отключения секций 1 от шин питания системы при избытке реактивной мощности емкостного характера, функционирует следуюш -1м образом. В случае, когда сигнал, пропорциональный току компенсирующего устройства 3, меньше напряжения источника 10 - на выходе компаратора 8 будет присутствовать уровень логического нуля, который является запрещаюпщм для работы, канала и отключения секций 1 от шин питания. При превьшшнии выходным 25 сигналом датчика 4 напряжения источника 10 на выходе компаратора 8 будет присутствовать сигнал логической единицы, который поступает на один из входов второго элемента 2И 12, на выходе которого по приходу импульса синхронизации появляется импульс положительной полярности, подаваемьш на С1-ВХОД второго счетчика на К 21. При последовательном приходе на счетчик К импульсов на выходе последнего устанавливается уровень логической единицы, который поступает на второй управляющий вход S, а также инвертируется вторым элементом НЕ 18 и поступает на второй записывающий вход DL регистра 25 сдвига. Происходит запись логического нуля в старший разряд регистра и сдвиг выходной последовательности вправо. При этом старшая единица в выходной -последовательности заменяется нулем, нулевой сигнал подается на вход соот- ветств тощего блока 2 коммутации, который отключает секцию 1 конденсаторов от шин системы.

Цепь сброса счетчика 21 организована таким образом, чтобы на его выходе устанавливался уровень логического нуля при очередной записи логического нуля в старший разряд регистра, а также на каждом интервале работы компенсатора 3, где сигнал с датчика 4 тока меньше сигнала ис- точка 10 опорного напряжения. Выпол30

35

40

45

50

55

нение первого условия обесгтечивает цепочка из последовательно соединенных пятого элемента 2И 15, на один вход которого поступает выходной сиг нал счетчика 21, на второй - задержанные синхроимпульсы, и элемента ИЛИ 19, выход которого подключен к R-входу сброса счетч-1ка 21. Выполнение второго условия обеспечивает цепочка из последовательно соединенных элементов 17, 2И 13 и ИЛИ 19, причем вход элемента НЕ 17 подключен к выходу второго компаратора 8, а на второй вход элемента 2И 13 подаются импульсы с выхода синхронизатора 23.

Таким образом, устройство для регулирования реактивной мощности в системе электроснабжения позволяет с высоким быстродействием осуществлять дискретно-непрерывное регулирование реактивной мощности с При этом устройство позволяет обеспечить высокую устойчивость работы коммутационной аппаратуры секций конденсаторных батарей в переходргых режимах подключения-отключения последних. Это достигается исключением ложного срабаты вания каналов формирования управляющих импульсов устройствами коммутации секций конденсаторных батарей.

При построении системы электроснабжения на базе автономного инвертора тока в качестве источника питания предлагаемое устройство для регулирования реактивной мощности позволяет обеспечить высокую коммутационную устойчивость работы инвертора в самых различных режимах: внезапном изменении нагрузки, перестройке системы компенсации реактивной мощности (выражающейся в подключении-отключении) секций батареи коммутирую- щих конденсаторов и др« Важным преимуществом устройства является обеспечение коммута1диоНной устойчивости автономного инвертора тока при несимметричном характере нагрузки.

Формула изобретения

Устройство для регулирования реактивной мощности в системе электроснабжения, содержащее п секций конденсаторных батарей, подключенных к ..выводам для подключения к сети через блоки коммутации, и вентильно-реак;-Q 5

0 5 О

п г

5

0

5

торное компенсирующее устройство с блоком управления, к входу которого подключен блок ,сравнения соединенный с датчиком обратной , один из входов которого подключен к выводам для подключен 1Я к сети, датчик тока, включенный в цепь вентильно- реакторного компенсзцзуюшего устройства, выход д атчика тока соединен с инвертирующим входом первого и неин- . вертируюгц-гм входом второго компараторов, первый и второй источники опорного напряжения, соединенные со- отвехственно с неинвертирующим входом первого и инвертирующим входом второго компараторов, выходы которых подключены к перво -ту и второму логическим элементам 2И соответственно, логический элемент 2ИШ1 и п-разряд- ный реверсивный регистр сдвига, вы- ходь которого соедине1{ы с информационными входами соответ ствующих блоков коммутации, отличающее- с я теМд 4TOj с целью повьшшния надежности, оно снаблсено четырьмя логическими элементами 2И, двумя логическими элементами НЕ, элементом задержки, двумя счетчиками на число коммутацией вентилей вентильно-реакторного компенсирующего устройства за период напряжения системь, RS-триггером, синхронизатором и датчиком тока наг- РЗ Зки, соединенным с датчиком обрат- ной связи, при этом вход синхронизатора подключен к выводам для подключения к сети, а выход соединен со счетным входом первого счетчика, с вторыми входами первого и второго логических элементов 2И и с первым входом третьего логического элемента 2И и через элемент задержки с входом синхронизации регистра сдвига и с первыми входами четвертого и пятого логических элементов 2И, выход первого элемента 2И соединен с входом шестого логического элемента 2И, другой вход которого подключен к выходу первого счетчика, а выход соединен с S-входом триггера, выход которого соединен с записывающим и уттравляюпр м входами регистра сдвига, а также с вторым входом четвертого элемента .И., выход которого подключен к сбрасьтакг-- щим входам первого счетчика и R-BXC- дом триггера, выход второго логического элемента 2И соединен со счетным входом второго счетчика, выход второго компаратора соединен через пер91471247

вый элемент НЕ с вторым входом треть- сбрасывающим входом второго счет- его элемента 2И, выход которого чика, выход которого соединен с уп- подключен к одному из входов логичесравляюЕЦИм и через второй элемент

кого элемента 2ИЛ11, другой вход ко- .торого соединен с выходом пятого элемента 2И, его выход соединен со

с записывающим входами регистра сдвига и с вторым входом пятого эле мента 2И.

сбрасывающим входом второго счет- чика, выход которого соединен с уп-

равляюЕЦИм и через второй элемент

с записывающим входами регистра сдвига и с вторым входом пятого элемента 2И.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при построении систем электроснабжения для поддержания заданного баланса реактивной мощности. Цель изобретения - повышение надежности. Это достигается введением четырех логических элементов 2U 13-16, двух элементов HE 17,18, элемента задержки 24, синхронизатора 23, RS-триггера 22, двух счетчиков 20,21 и датчика тока нагрузки 29. Принцип работы устройства основан на дискретном изменении емкости конденсаторной батареи 1 блоками коммутации 2 и импульсно-фазовом управлении вентильно-реакторным компенсирующим устройством 3 в функции отклонения величины угла сдвига фаз между током источника питания и напряжением на нагрузке от заданного значения. Устройство позволяет контролировать уровень реактивной мощности в установившемся режиме работы системы и исключить ложное срабатывание канала на подключение или отключение секций конденсаторных батарей. Это позволяет обеспечить высокую надежность за счет обеспечения коммутационной устойчивости автономного инвертора тока, если он применяется в качестве источника электропитания. 3 ил.

Фиг.2