Устройство устранения обратных потоков энергии Советский патент 1990 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, в частности к устранению обратных потоков энергии от потребителя в сеть с помощью статических вентильных устройств и может быть использовано в электрификации .

Целью изобретения является повышение точности срабатывания в цепях с несинусоидальными формами токов и напряжений.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства устранения обратных потоков энергии; на фиг. 2 - схема переключателя режимов работы; на фиг. 3 - временные диаграммы токов, напряжений и мощностей в системе генератор - нагрузка,.поясняющие принцип работы устройства.

Устройство устранения обратных потоков энергии содержит вентильный преобразователь 1 в виде пяти полностью управляемых ключей коммутаторов 2-6 с двусторонней проводимостью, первые четыре из которых включены по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен дроссель-реактор 7 и первый датчик 8 тока, а узлы второй

диагонали подключены к нагрузке 9 и через пятый ключевой коммутатор 6 к генератору 10, второй датчик 11 то- ка,два датчика 12 и 13 напряжения, сумматор 14, четыре компаратора 15-18 и переключатель 19 режимов работы.

Вход первого компаратора 15 подключен к выходу первого датчика 8 тока, включенного в цепи дросселя 7, а его РЫХОД соединен с первым входом пересл оо о

Јь

00

оэ

ключателя 19 режимов работы, на второй вход которого подается выход второго компаратора 16, вход которого подключен к выходу первого датчика 12 напряжений, параллельно включенного между вентильным преобразователем 1 и нагрузкой 9. Вход третьего компаратора 17 подключен к выходу второго датчика 11 тока, включенного в цепь нагрузки 9,аю го выход соединен с третьим входом переключателя 19 режимов работы, чет- вертый вход которого подключен к выхо- ду четвертого компаратора 18, вход

которого соединен с выходом сумматора 5 14, на неинвертирующий вход которого подается сигнал с выхода первого датчика 12 напряжения, а его инвертирующий вход подключен к выходу второго датчика 13 напряжения, параллельно 20 включенного между вентильным преобразователем 1 и генератором 10.

Переключатель 19 режимов работы (фиг. 2) содержит дешифратор 20 и пять усилителей-формирователей 21-25. 25

В переключатель 19 режимов работы двоичный код, формируемый компараторами 15-18 через клеммы А, В, С и D, поступает на вход дешифратора 20, первый выход 26 которого через усилитель-™ формирователь 21 подключен к управляющему электроду ключевого коммутатора 6. Второй выход 27 дешифратора 20 через усилители-формирователи 22 и 23 подключен к управляющим электродам ключевых коммутаторов 2 и 3, а его третий выход 28 через усилители-формирователи 24 и 25 соединен с управляющими электродами ключевых коммутаторов 4 и 5.40

На фиг. 3 приведены следующие временные диаграммы произвольной несинусоидальной формы, позволяющие пояснить принцип действия предлагаемого 45 устройства в составе системы генератор - нагрузка: 29 - диаграммы напряжений (t) генератора 10 и тока i((t) нагрузки 9; 30 - диаграмма мгновенной мощности Ph(t) нагрузки 9; 31 -(д диаграмма тока (t) дросселя 7; 32 - диаграмма работы группы ключевых коммутаторов 2 и 3; 33 - диаграмма работы группы ключевых коммутаторов 4 и 5; 34 - диаграмма работы ключевого s коммутатора 6; 35 - диаграмма тока if(t) генератора 10; 36 - диаграмма мгновенной мощности Pf(t) генератора 10.

35

0

5 (д s

5

Устройство работает следующим образом.

Датчики 8 и 11 тока и датчики 12 и 13 напряжения, формируют сигналы соответственно

U,(t) (О;

и-,а(О viH (t); uH|(t) „., urt(t)

и UU7(t) (t), (, o(iQ , dun определяются конструкцией датчиков. Эти сигналы поступают на компараторы 15-17 непосредственно, а на компаратор 18 - через сумматор 14.

Сумматор 14, на неинвертирующий вход которого поступает сигнал U m(t) , а на инвертирующий вход - сигнал ) , формирует напряжение Ue(t) Uu(t) - Uue(t), которое поступает на компаратор 18.

Компаратор 15 определяет моменты времени, когда мгновенное значение тока 1др(О дросселя 7 положительно, отрицательно или равно нулю. Сигналы с компаратора 15 поступают на клемму А переключателя 19 режимов работы.

Компаратор 16 определяет моменты времени, для которых мгновенное значение напряжения Utt(t) нагрузки 9 положительно, отрицательно или равно нулю. Сигналы с компаратора 16 поступают на клемму В переключателя 19 режимов работы.

Компаратор 17 определяет моменты времени, когда мгновенное значение тока З-нСО нагрузки 9 положительно, отрицательно или равно нулю. Выходные сигналы компаратора 17 поступают на клемму С переключателя 19 режимов работы.

Компаратор 18 определяет моменты времени, когда разность мгновенных значений напряжения UH(t) нагрузки 9 и напряжения генератора 10 положительна, отрицательна или равна нулю. Выходные сигналы компаратора 18 поступают на клемму D переключателя 19 режимов работы.

Сигналы логической 1, поступающие через клеммы А, В и С с компараторов 15-17 па дешифратор 20, соответствуют нулевым значениям аналоговых величин токов и напряжения, а сигналы логического О - нулевым значениям. Сигналы логической 1, поступающие через клемму D с компаратора 18 на дешифратор 20, соответствуют отрицательному значению напряжения Ut(t), т.е. когда | UH(t)| Ј |Ur (t) I, a сигналы логического О - положительному пли равному нулю значению напряжения Ue(t), т.е. когда lUH (t)/ I

1 ur(t)I.

В связи с тем, что сигнал, поступающий на клемму D, зависим от сигнала, поступающего на клемму В, некото10

15

При достижении тока i$(t) нагрузки 9 нулевого значения переключатель 19 режимов работы в соответствии с описанным алгоритмом запирает ключевые коммутаторы 2, 3 и 6 и отпирает ключевые коммутаторы 4 и 5. Этот режим соответствует интервалу II (t(, t) на котором ток ij,p(t) за счет самоиндукции дросселя 7 возвращается только в нагрузку 9, а возможность броска тока дросселя в генератор исключается закрытым ключевым коммутатором 6.

рые входные двоичные коды дешифратора 20 не имеют место при данной логике работы схемы (например, из значения В 0 следует UH(t) - О, а из значения D 1 следует UH(t) c|U(-(Ol, что невозможно). Поэтому таблица истинности работы дешифратора 20 в соответствии с возможными входными двоичными кодами имеет следующий вид:I

При потреблении нагрузкой 9 накопленного тока дросселя 7 наступает

ВЫХОДЫtn.,, s.

20 момент tЈ, когда напряжение UH(t) на нагрузке 9 станет меньше напряжения Uf(t) генератора 10. В этот момент переключатель 19 режимов работы отпирает ключевой коммутатор 6, т.е. вновь подключает генератор 10 к нагрузке 9. Этот режим соответствует интервалу III (, t-$).

В t-омент to, ток дросселя 7 (t) уменьшается до нулевого значения и переключатель 19 режимов работы отключает ключевые коммутаторы 4 и 5 и нагрузка 9 потребляет полный ток if(О генератора 10. Этот режим соответствует интервалу IV (t$, Сд).

При изменении полярности напряжения Uf-(t) генератора 10 (момент t.) процессы повторяются с учетом отрицательной полярности напряжения U|-(t).

Таким образом, благодаря использованию предлагаемого устройства эффективно устраняются обратные потоки энергии в системе генератор - нагруз-

О О О О 1 1 1 1

О

о 1

1

о 1 1 1 1

о 1

о 1 о о о 1 1

о о о 1 о о 1 о 1

о 1

1

о 1 о 1

о

1

о

о о

о о

о

1

1

25

30

Примечание. Знак 1 обозначает наличие сигнала; О - отсутствие сигнала; - сохранение предыдущего состояния; - - отсутствие таких выходных кодов и соответствующих им аварийных режимов (аварийное отключение нагрузки и аварийное отключение генератора) при работе устройства.

35

40

Сигналы логической 1 с клемм 26 (К1), 27(К2), 28(КЗ) и дешифратора 20 через усилители-формирователи 21-25 отпирают полностью управляемые ключе- 5 вые коммутаторы 2-6 соответственно,а сигналы логического О их запирают.

При таком алгоритме работы переключателя 19 режимов работы существует восемь интервалов на периоде Т работы JQ системы генератор-нагрузка, в сечение которой подключено предлагаемое устройство.

На интервале I (to, Ц) переключака. Кривая мгновенной мощности генератора имеет интервалы времени (Pr(O О для которых обратные потоки энергии значительно ниже (фиг. 3).

Основная функция предлагаемого устройства - устранение обратных потоков энергии в системе генератор - нагрузка при несннусоидальном характере токов и напряжений.

Применение устройства позволит

тель 19 режимов работы замыкает ключе-,, улучшить энергопотребление в энерго-

п л tг

вые ко шутаторы 2 и 3 (коммутатор 6 по предыдущему состоянию замкнут), обратный ток нагрузки 9, возникающий при разной полярности напряжения и

системах путем устранения или существенного уменьпения влияния обратных потоков энергии на работу элементов систем (в частности, генераторов).

тока па нагрузке 9, направляется в дроссель 75 тем самым снижается его поток в генератор 10.

При достижении тока i$(t) нагрузки 9 нулевого значения переключатель 19 режимов работы в соответствии с описанным алгоритмом запирает ключевые коммутаторы 2, 3 и 6 и отпирает ключевые коммутаторы 4 и 5. Этот режим соответствует интервалу II (t(, t) на котором ток ij,p(t) за счет самоиндукции дросселя 7 возвращается только в нагрузку 9, а возможность броска тока дросселя в генератор исключается закрытым ключевым коммутатором 6.

I

20

25

30

35

40

ка. Кривая мгновенной мощности генератора имеет интервалы времени (Pr(O О для которых обратные потоки энергии значительно ниже (фиг. 3).

Основная функция предлагаемого устройства - устранение обратных потоков энергии в системе генератор - нагрузка при несннусоидальном характере токов и напряжений.

Применение устройства позволит

системах путем устранения или существенного уменьпения влияния обратных потоков энергии на работу элементов систем (в частности, генераторов).

Формула изобретения

Устройство устранения обратных потоков энергии, включающее вентильный преобразователь в виде четырех полностью управляемых ключевых коммутаторов с двусторонней проводимостью, включенных по мостовой схеме, |в одну диагональ которой включен дроссель-реактор, а узлы другой диа- гонали служат для подключения к генератору и нагрузке, переключатель режимов работы, снабженный входами и выходами и содержащий четыре усилителя-формирователя, выходы которых являются выходами переключателя ре-жимов работы и подключены к управляющим электродам ключевых коммутаторов вентильного преобразователя, два датчика тока, датчик напряжения, три компаратора, причем вход первого компаратора подключен к выходу первого датчика тока, включенного в цепь дросселя, а его выход соединен с первым входом переключателя режимов работы, к второму входу которого подключен выход второго компаратора, вход которого подключен к выходу датчика напряжения, параллельно подключенного к выходу вентильного преобразователя, и вход третьего компаратора соединен с выходом второго датчика тока, включенного в выходную цепь, а его выход подключен к третьему входу переключа|б

0 0

5

теля режимов работы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности срабатывания в цепях с несинусоидальными формами токов и напряжений, в него введены второй датчик напряжения, пятый полностью управляемый ключевой коммутатор с двусторонней проводимостью, сумматор, четвертый компаратор, а в переключатель режимов работы введены дешифратор и пятый усилитель-формирователь, причем пятый ключевой коммутатор включен между генератором и вентильным преобразователем, неинвертирующий вход сумматора соединен с выходом первого датчика напряжения, а инвертирующий вход сумматора подключен к выходу второго датчика напряжения3 подключенного к зажимам генератора, выход сумматора соединен с входом четвертого компаратора, выход которого подключен к четвертому входу переключателя режимов работы, входы которого являются входами дешифратора, первый выход которого подключен к входу пятого усилителя-формирователя, выход которого, являющийся пятым выходом переключателя режимов , соединен с управляющим электродом пятого ключевого коммутатора, к второму и третьему выходам дешифратора попарно подключены входы первых: четырех усилителей-формирователей .

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, может быть испльзовано для уменьшения обратных потоков энергии от потребителя в сеть. Цель изобретения является повышение точности срабатывания цепей с несинусоидальными формами токов и напряжений. Новым является введение полностью управляемого ключевого коммутатора с двусторонней проводимостью, датчика напряжения, сумматора, компаратора, а также использование нового алгоритма работы переключателя режимов работы, что позволяет учесть особенность работы генератор - нагрузка (несинусоидальный характер токов и напряжений) и исключить возможность броска тока в генератор от вентильного преобразователя . 3 ил., 1 табл.

Фиг.1

А б С Л

20

Ur i

29

30

31

32

33

JA

35

ID Г/1 I

ks&M ii

I I

j

e ili ти4

III Я 17

ключу 6 гТг- К Кмючуг

lj}- КЛЮЧУ 3

Н ключу 4 -(25 -- /Гключу5

28

Фиг. 2