Адаптивный регулятор компенсатора реактивной мощности Советский патент 1991 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электроэнергетике и, в частности, к устройствам компенсации реактивной мощности и повышению качества электроэнергии.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей регулятора за счет изменения его режимов работы при регулировании баланса реактивной мощности или поддержании напряжения узла нагрузки.

На фиг.1 представлена блок-схема адаптивного регулятора компенсатора реактивной мощности; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы регулятора.

Адаптивный регулятор содержит измеритель отклонения напряжения (ИОН) 1, датчик 2 реактивной мощности (ДРМ), аналоговые коммутаторы 3-4, прецизионный выпрямитель 5, аналоговую схему 6 суммирования, компаратор 7 определения знака сигналов,, программный переключатель 8 режимов(ППР), компаратор 9 сброса суммирующего счетчика, компаратор 10 запуска генератора 11 импульсов, логический элемент 2И 12, суммирующий счетчик 13, логические элементы ЗИ-НЕ 14-16, логический элемент НЕ 17, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18, одновибратор 19,реверсивный двоичный счетчик 20, логический элемент 4 ИЛИ 21, логический элемент 4И- НЕ 22, регистр 23 памяти, блок 24 включения секций конденсаторов.

Регулятор работает следующим образом.

В режиме максимальных нагрузок энергосистемы компенсатор используется в функции компенсации реактивной мощности с целью уменьшения сумммарной реактивной мощности потребителей.

В остальных режимах компенсатор реактивной мощности используется для поддержания напряжения в узлах подключения нагрузки.

Сигнал, пропорциональный току нагрузки i(t), поступает на второй вход ДРМ 2 (фиг.1), на первый вход которого и на вход ИОН 1 поступает сигнал, пропорциональный напряжению U(t) на шинах узла нагрузки. На выходе ИОН-1 формируется сигнал, пропорциональный отклонению напряжения на шинах от оптимального значения, который поступает на первый вход аналогового коммутатора 3. На выходе ДРМ 2 формируется сигнал, пропорциональный реактивной мощности, потребляемой нагрузкой, который поступает на второй вход аналогового коммутатора 3,

ППР 8 задает режим работы регулятора. В режиме работы регулятора в функции компенсации реактивной мощности на выходе ППР 8 формируется сигнал логической 1й, а в режиме работы в функции регулирования напряжения - сигнал логического 0.

Этот сигнал управляет режимом работы аналоговых коммутаторов 3 и 4. При появлении на выходе ППР логического 0 этот сигнал поступает на вторые управляющие входы аналоговых коммутаторов 3-4, а че0 рез логический элемент НЕ 17 поступает на первые управляющие входы аналоговых коммутаторов 3-4. В этом режиме аналоговый коммутатор 3 разрешает прохождение сигнала, пропорционального отклонению

5 напряжения с выхода ИОН 1 на вход прецизионного выпрямителя 5, при этом аналоговый коммутатор 4 разрешает прохождение Uoni на второй вход аналоговой схемы 6 суммирования.

0 При появлении ла выходе ППР 8 логической 1 на вторые управляющие входы аналоговых коммутаторов 3-4 через логический элемент НЕ 17 поступает логический О, а на первые управляющие входы аналоговых

5 коммутаторов 3-4 - логическая 1. В этом случае аналоговый коммутатор 3 разрешает прохождение сигнала, пропорционального значению реактивной мощности с выхода ДРМ 2 на вход прецизионного выпрямителя

0 5, при этом аналоговый коммутатор 4 разрешает прохождение U0n2 на второй вход аналоговой схемы 6 суммирования.

Опорное напряжение U0nt определяет зону нечувствительности регулятора в ре5 жиме регулирования напряжения на шинах узла выгрузки, соответствующую изменению напряжения при подключении одной секции конденсаторов компенсатора.

Опорное напряжение U0n2 определяет

0 зону нечувствительности регулятора в режиме компенсации реактивной мощности, соответствующую изменению значения реактивной мощности при подключении одной секции конденсаторов компенсатора.

5Сигнал с выхода аналогового коммутатора 3 поступает на вход компаратора 7 определения знака сигналов. Положительный сигнал с выхода аналогового коммутатора 3 соответствует или снижению

0 напряжения на шинах узла нагрузки ниже допустимого значения, или значению реактивной мощности потребляемой узлом нагрузки индуктивного характера. При этом на прямом выходе компаратора 7 определения

5 знака сигналов появляется логическая I, которая поступает на второй вход второго логического элемента ЗИ-НЕ 15, тем самым разрешая прохождение импульсов с генератора 11 импульсов на вход сложения +1 реверсного счетчика 20. На инверсном

выходе компаратора 7 появляется логический О, который поступает на второй вход третьего логического элемента ЗИ-НЕ 16, тем самым запрещая прохождение импульса с генератора 11 на вход шины вычитания -1 реверсивного счетчика 20.

Отрицательный сигнал с выхода аналогового коммутатора 3 соответствует повышению напряжения на шинах узла нагрузки выше допустимого значения. При этом выходные сигналы компаратора 7 определения знака изменяют свое значение и тем самым разрешают работу реверсивного счетчика 20 в режиме вычитания и запрещают его работу в режиме сложения.

Прохождение импульсов с генератора 11 определяется также состоянием логических элементов 4ИЛИ 21 и 4И-НЕ 22. Логический элемент 4 ИЛИ 21 выполняет функции ограничения обратного счета. При появлении на выходах реверсивного счетчика 20 логических нулей логический элемент 4 ИЛИ 21 запрещает прохождение импульсов с генератора 11 через логический элемент 3 И-НЕ 16 на шину вычитания -1 реверсивного счетчика 20. Логический элемент 4 И-НЕ 22 выполняет функцию ограничения прямого счета. При появлении на выходах реверсивного счетчика 20 логических 1 логический элемент 4 И-НЕ 22 запрещает прохождение импульсов с генератора 11 через логический элемент 3 И-НЕ 15 на шину сложения +1 реверсивного счетчика 20.

Работа регулятора в режиме поддержания напряжения на шинах узла нагрузки. Сигнал, пропорциональный отклонению напряжения, поступает с выхода аналогового коммутатора 3 на вход прецизионного выпрямителя 5, на выходе которого формируется выпрямленное напряжение. Это напряжение поступает на первый вход компаратора 9 сброса суммирующего счетчика и на первый вход компаратора 10 запуска генератора импульсов.

Если напряжение на выходе прецизионного выпрямителя 5, соответствующее от- клонению напряжения на шинах узла нагрузки меньше напряжения с выхода аналоговой схемы суммирования 611вых5 ивыхб, то на выходе компаратора 10 запуска генератора импульсов появляется логический О, который запрещает работу генератора 11. При этом суммирующий счетчик 13 находится в обнуленном состоянии, на выходе ЦАП 18 сигнал равен нулю, а на выходе аналоговой схемы 6 суммирования сигнал равен UonL

В этом случае напряжение с выхода прецизионного выпрямителя 5, соответствующее отклонению напряжения на шинах, меньше зоны нечувствительности Uoni и регулятор находится в заторможенном состоянии.

Предположим, что в интервале времени

(фиг.2, Вых.5) сигнал, пропорциональный отклонению напряжения, увеличивается до некоторого установившегося значения (момент времени, ti), при этом в момент

0 времени to он станет выше зоны нечувствительности Uoni, тогда срабатывает компаратор 10 запуска генератора импульсов и высокий потенциал на его выходе (фиг.2, Вых.10} разрешает работу генератора 11 им5 пульсов, выходные импульсы которого поступают через логический элемент 3 И-НЕ 15 на вход шины сложения +Г реверсивного счетчика 20 (фиг.2, Вых.11) и на суммирующий вход счетчика 13. Реверсивный

0 счетчик 20 начинает счет импульсов с генератора 11 в режиме сложения и на его выходах появляются высокие потенциалы, соответствующие двоичному коду 1:2:4:8, поступающие на вход регистра 23 памяти.

5 Изменение логической кодовой комбинации на входах суммирующего счетчика 13 приводит к ступенчатому увеличению выходного напряжения ЦАП 18(фиг.2, В,ых 18), которое поступает на второй вход компара0 тора 9 сброса суммирующего счетчика и на первый вход аналоговой схемы 6 суммирования. В последней происходит суммирование напряжения с выхода ЦАП 18 и U0ni (фиг.2, Вых.6), после чего результирующий

5 сигнал с ее выхода поступает на второй вход компаратора 10 запуска.

В момент времени t2, когда потенциал с выхода схемы 6 становится больше потенциала с выхода прецизионного выпрямите0 ля 5 (фиг,2. Вых.5, Вых.6), срабатывает компаратор 10 запуска и низкий потенциал на его выходе запрещает работу генератора 11 импульсов, что приводит к остановке суммирующего счетчика 13 и реверсивного

5 счетчика 20. Срабатывание компаратора 10 приводит также к запуску через элемент 3 И-НЕ 14 одновибратора 19 и формированию на его выходе импульса (фиг.2, Вых.19) который, поступая на шину считывания ре0 гистра 23 памяти, приводит к передаче цифрового кодового сигнала с регистра на вход блока включения секций конденсаторов, подключение которых приводит к уменьшению отклонения напряжения до допустимо5 го значения, которое определяется U0ni. Тогда в момент времени гз сигнал, пропорциональный отклонению напряжения с выхода ИОН 1, изменяет свою величину, меньше, чем Uoni. При этом напряжение с выхода выпрямителя 5 становится меньше

сигнала с выхода ЦАП 18, что приводит к срабатыванию компаратора 9 сброса и сигнал на его выходе (фиг.2, Вых.9) приводит к обнулению суммирующего счетчика 13 и возврату ЦАП 18 в исходное нулевое состо- яние. Схема переходит в заторможенный режим работы.

При дальнейшем снижении напряжения на шинах узла нагрузки равновесное состояние регулятора изменяется, повторя- ется предыдущий цикл работы, при этом изменяется цифровой код на входе регистра 23, который определяет новую комбинацию включения секций конденсаторов.

При уменьшении нагрузки, а следо- вательно, увеличении напряжения на шинах, происходит изменение знака сигнала с выхода ИОН 1 и сигналов с выходов компаратора 7 (фиг.2, момент времени и). Компаратор 7 запрещает про- хождение сигналов с генератора 11 импульсов через логический элемент ЗИ-НЕ 15 на вход сложения +Т реверсивного счетчика 20 и разрешает их прохождение через логический элемент 3 И-НЕ 16 на вход вычита- ния -1 реверсивного сетчика 20, при этом в момент времени ts происходит срабатывание компаратора 10, запуск генератора 11 и изменение кодовой комбинации с выхода счетчика 20 приводит к отключению необхо- димых секций конденсаторов (момент времени te). В момент времени т происходит обнуление ЦАП 18, при этом значение напряжения с выхода ИОН 1 находится в допустимых пределах, определяемых Uorri. В результате схема находится в заторможенном состоянии.

В режиме компенсации реактивной мощности. Сигнал логической 1 с выхода ППР 8 переключает аналоговый коммутатор 4 и аналоговый коммутатор 3, при этом на выходе аналогового коммутатора 3 присутствует сигнал, пропорциональный реактивной мощности нагрузки, а выходной сигнал аналогового коммутатора 4 определяет зону нечувствительности регулятора по реактивной мощности Uon2 (фиг.З). В случае, когда сигнал, пропорциональный реактивной мощности нагрузки, не превышает зону нечувствительности регулятора, суммирую- щий счетчик 13 находится в обнуленном состоянии, на выходе ЦАП 18 напряжение равно нулю. При этом на выходе схемы 6 напряжение равно Uon2- В этом случае напряжение с выхода прецизионного выпря- мителя 5 меньше напряжения с выхода схемы 6, т.е. Uon2 и компаратор 10 запуска запрещает работу генератора 11 импульсов.

В момент времени to, при превышении сигналом, пропорциональным реактивной

мощности нагрузки с выхода выпрямителя 5, напряжения Ооп2, происходит срабатывание компаратора 10, который осуществляет запуск генератора 11, При этом импульсы с выхода генератора поступают на вход счетчика 13 и вход реверсивного счетчика 20. Так как сигнал, пропорциональный реактивной мощности нагрузки индуктивного характера, не изменяет своего знака, компаратор 7 находится в измененном состоянии при любом изменении величины реактивной мощности нагрузки. Следовательно, компаратор 7 запрещает работу реверсивного счетчика 20 в режиме вычитанмя. При работе генератора 11 происходит увеличение выходного напряжения ЦАП 18, при этом выходное напряжение аналоговой схемы 6 суммирования равно UBbix6 U4an18+Uon2(фиг.З, Вых. 18, Вых.6).

В момент времс-ни ti, когда напряжение с выхода выпрямителя 5 меньше напряжения с выхода схемы 6, происходит отключение компаратора 10 и остановка генератора 11, при этом происходит передача кодовой комбинации с выходов регистра 23 с помощью логического элемента 3 И-НЕ 14 и одновибратора 19, Этот цифровой код определяет необходимую комбинацию отключения секций конденсаторов.

При дальнейшем увеличении сигнала с выхода выпрямителя 5 (фиг.З, момент времени ta) работа регулятора полностью повторяется и в момент времени тз происходит переключение секций конденсаторов.

Предположим, в момент времени т.4 происходит уменьшение сигнала, пропорционального реактивной мощности нагрузки. Тогда в момент времени ts напряжение с выхода ЦАП 18 становится больше, чем напряжение с выхода выпрямителя 5, при этом срабатывает компаратор 9 сброса и логическая 1 с его выхода обнуляет суммирующий счетчик 13 и через логический элемент 2 И 12, на первом входе которого присутствует логическая единица с выхода ППР 8, обнуляет реверсивный счетчик 20. Таким образом, счетчики 13 и 20 работают в одинаковом режиме т.е. в режиме суммирования. При этом регулятор снова переходит в режим изменения кодовой комбинации, а в момент времени te когда выполняется условие для передачи цифрового кода на вход блока 24 включения, происходит переключение секций конденсаторов. При дальнейшем изменении реактивной мощности нагрузки работа регулятора полностью повторяется.

Использование регулятора позволяет автоматически изменять режим его работы или программный способ, или по командам

системы оперативно-диспетчерского управления. При этом компенсаторы реактивной мощности системы электроснабжения могут обеспечивать требования энергоснабжающей организации по компенсации реактивной мощности, а также осуществлять стабилизацию напряжения в узлах нагрузки.

Формула изобретения Адаптивный регулятор компенсатора реактивной мощности, содержащий датчик реактивной мощности, подключенный к выходам трансформатора тока и напряжения, прецизионный выпрямитель, подключенный выходом к первым входам компаратора сброса суммирующего счетчика и компаратор запуска генератора импульсов, программный переключатель режимов, подключенный выходом к первому входу логического элемента 2 И, второй вход которого подключен к выходу компаратора сброса суммирующего счетчика и к первому входу суммирующего счетчика, а выход- к первому входу реверсивного счетчика, аналоговая схема суммирования подключенная первым входом к выходу цифроаналогового преобразователя и второму входу компаратора сброса суммирующего счетчика, а выходом - к второму входу компаратора запуска генератора импульсов, выход которого подключен к первому входу первого логического элемента 3 И-НЕ и входу генератора импульсов, подключенного своим выходом к первым входам второго и третьего логических элементов 3 И-НЕ и к второму входу суммирующего счетчика, при этом выходы суммирующего счетчика подключены к входам цифроаналогового преобразователя, а выходы второго и третьего элементов 3 И- НЕ - к второму и третьему входам реверсивного счетчика, подключенного своими выходами к входам регистра памяти и входам ограничителей прямого и обратного счета, в свою очередь выходы регистра памяти подключены к блоку включения конденсаторов, а выходы ограничителей прямого и обратного счетчика подключены к третьим входам первого и второго элементов 3 И-НЕ и к второму и третьему входам второго и третьего элементов 3 И-НЕ соответственно, компаратор определения знака сигнала, подключенный прямым и инверсным выходами соответственно к вторым входам второго и третьего элементов 3 И-НЕ, и

одновибратор, подключенный входом к выходу первого элемента 3 И-НЕ, а выходом- к первому входу регистра памяти, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены измеритель отклонения напряжения, два аналоговых коммутатора и логический элемент НЕ, причем вход измерителя отклонения напряжения подключен к выходу трансформатора

напряжения, а выход - к первому входу первого аналогового коммутатора, второй вход которого подключен к выходу датчика реактивной мощности, выход программного переключателя режимов подключен к вторым

управляющим входам первого и второго аналоговых коммутаторов и через логический элемент НЕ - к первым управляющим входам этих коммутаторов, первый и второй входы второго аналогового коммутатора

подключены соответственно к опорным напряжениям, а его выход - к второму входу аналоговой схемы суммирования, выход первого аналогового коммутатора подключен к входу прецизионного выпрямителя и к

входу компаратора определения знака сигнала.

a«xt

to t,

ti ti b, tr ts Ъ

9o2. 2

tz

фиг.З

tt ts

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, повышающим качество электроэнергии. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей регулятора. Устройство может работать как в режиме поддержания напряжения узла нагрузки, так и в режиме компенсации мощности нагрузки. Компаратор 7 знака сигнала обеспечивает включение-отключение секций конденсаторных батарей блоком 24 по одному каналу формирования кодовой комбинации управления на регистре 23 в соответствии счетчика 20 (в первом режиме). Запуском и остановом генератора 11 управляет компаратор 10 в зависимости от уровня сигнала на его входах от выпрямителя 5, аналогового коммутатора 3, входного сигнала датчика 2 реактивной мощности 1)Вых5 и аналогового сумматора 6 и8ыхб, опорного сигнала U0ni и сигнала обратной связи ивых.18, формируемого по цепочке генератор 11 - суммирующий счетчик 13 - цифро-аналоговый преобразователь 18. При IWs ивыхб и0п.1 коммутатор 10 запускает генератор 11 и останавливает его при соотношении ивых5 иВыхб и0п1+ 1)вых18. Одновременно счетчик 13 обнуляется, а по импульсу одно- вибратора 19 считывает код с регистра 23, происходит переключение секций конденсаторной батареи, обеспечивающее поддержание напряжения узла нагрузки, при котором ивых5 Uon.1 и схема затормаживается. Во втором режиме переключатель 8 обеспечивает обнуление счетчика 20 и одинаковые условия его работы со счетчиком 13, выдачу опорного сигнала Uon.2 с аналогового коммутатора на аналоговый сумматор 6. В остальном работа схемы аналогична работе рхемы в первом режиме. 3 ил. Ё ON N VI v| О