Устройство для централизованной компенсации реактивной мощности Советский патент 1991 года по МПК H02J3/18 G05F1/70 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматического управления конденсаторными установками.

Цель изобретения - уменьшение перетоков реактивной мощности и потерь электроэнергии во внутризаводских сетях, поддержание оптимальных уровней реактивной мощности на секциях шин главной показательной подстанции при изменяющихся нагрузках и при допустимой реактивной мощности на вводе предприятия.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на - структурная схема логического блока и блока оптимизации; на фиг.З - временные диаграммы работы задающего генератора.

Устройство содержит сумматор 1, пороговые элементы включения 2 и отключения 3, элемент ИЛИ 4, элемент 5 выдержки времени, блоки 6, 6 , 6, аналоговых ключей, каждый из которых состоит из трех ключей 7, 8 и 9, и блок 10 приоритетных сигналов, задающий генератор 11, логические блоки 12, 12 , 12, 12, блок 13 оптимизации.

На фиг,2 изображены логический блок 12 и блок 13 оптимизации, которые содержат два D-триггера 14 и 15, элементы И 16 и 17, три элемента ИЛИ 18-20, элементы ИЛИ-НЕ 21 и 22, реверсивный счетчик 23, дешифратор 24, схемы запрета включения 25 и отключения 26, блок 27 усилителей мощности, элементы И 28 и 29, аналоговые ключи 30-37, сумматор 38, компаратор 39, четыре элемента И 40-44.

На фиг.З представлены временные диаграммы сигналов выходов задающего генератора основного Р, прямого удвоенной частоты S, прямого удвоенной частоты с задержкой т, инверсного удвоенной частоты V, инверсного удвоенной частоты с задержкой п.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с выходов датчиков реактивной мощности (фиг.1), пропорциональные

значениям реактивной мощности на соответствующих секциях шин питающей сети, поступают на входы сумматора 1 и соответствующие входные зажимы блоков 6 аналоговых ключей и блока 13 оптимизации. В

исходном состоянии в результате произведенных коммутаций групп конденсаторных батарей (КБ) реактивная мощность на вводе главной показательной подстанции (ГПП) находится в допустимых пределах и выполняется условие

Qmax(l) - Qminffl ШкБ 0, (1)

где Qmax(i)- максимальная реактивная мощность из числа всех секций шин ГПП, на

которых есть не включенные КБ;

QminO)- максимальная реактивная мощность из числа секций шин ГПП, на которых есть включенные КБ;

k - коэффициент запаса, учитывающий

изменение мощности КБ при колебаниях напряжения;

ОКБ - мощность КБ.

Устройство находится в состоянии ожидания. Состояние ключей всех блоков (аналотовый ключ 6) в исходной ситуации следующее: ключ 8 - открыт, ключи 7 и 9 закрыты, что обусловлено Соответствующими логическими уровнями сигналов на управляющих зажимах блока аналоговых

ключей. При этом выходные сигналы датчиков реактивной мощности поступают на входы блока 10 приоритетных сигналов (БПС). Рассмотрим работу устройства для конкретных случаев.

Предположим, что в результате изменения нагрузок на секциях шин питающей сети максимальный и минимальный уровни реактивной мощности находятся соответственно на

первой и второй секциях шин и не выполняется условие (1), т.е.

Qi-Q2-kQKB 0.

При этом изменение нагрузок на секциях шин не влияет на величину суммарной реактивной мощности. В этом случае на прямых выходах пороговых элементов поддерживаются низкие логические уровни, на выходе max БПС 10 первой секции шин и на выходе min БПС 10 второй секции шин поддерживаются высокие логические уровни. Соответственно на выходе D-триггера 14 (фиг.2) первой секции шин, соединенного своим информационным входом с выходом max БПС, который соответствует первой секции шин и на выходе D-триггера 15 второй секции шин, соединенного своим информационным входом с выходом min БПС, который соответствует второй секции шин, поддерживаются высокие логические уровни, Тем самым на управляющие зажимы аналоговых ключей 30 и 34 (фиг.2) поступают высокие логические уровни, которые приводят к их включению. Сигналы с датчика реактивной мощности поступают соответственно на прямой и инверсный входы сумматора 38, на втором инверсном входе которого сформирован сигнал уставки кОкв. С помощью сумматора 38 и компаратора 39 производится проверка выполнения условия (1).

В данном случае условие (1) не выполняется и на выходе компаратора 39 формируется высокий логический уровень, который поступает на один из входов элемента И 44. На второй и третий входы элемента И 44 с инвеосных выходов пороговых элементов 2 и 3 поступают- высокие логические уровни. Так как на всех секциях шин есть подключенные КБ, то на схемах запрета включения всех логических блоков 12 поддерживаются низкие логические уровни, которые через элементы И, ИЛИ блока 13 оптимизации формируют на четвертом входе схемы И 44 высокий логический уровень. В cgoio очередь он приводит к запуску элемента 5 выдержки времени. По окончани выдержки времени на выходе элемента 5 формируется высокий логический уровень. Таким образом на всех входах схемы И 16, соответствующий первой секции шин, формируются высокие логические уровни, которые через схему ИЛИ 18 формируют высокий логический уровень на управляющем входе реверсивного счетчика 23, разрешающий его работу. Направление счета определяется логическим уровнем, поступающим с выхода D-триггера 14, реверсивный счетчик 23 инкрементирует свое значение с частотой основного импульса Р (фиг.З), сформированного на первом выходе задающего гене- , ратора 11. Выходная информация реверсивного счетчика 23 преобразуется дешифратором 24 в код коммутации КБ дан- 5 ной секции шин, который усиливается блоком 27 и поступает на соответствующий блок коммутации. Первый синхронизирующий импульс на входе синхронизации реверсивного счетчика 23 приводит к

0 включению КБ на первой секции шин. Одновременно с разрешением работы счетчика логического блока 12 первой секции шин через схемы 17 и 18 логического блока 12 второй секции шин разрешается работа

5 счетчика второй секции шин. На вход направления счета реверсивного счетчика 23 блока 12; поступает с D-триггера 14 блока 12 низкий логический уровень, т.е. счетчик де- крементирует свое значение. Первый им0 пульс на входе синхронизации счетчика 23 блока 121 приводит к отключению КБ на второй секции шин.

Таким образом, путем одновременного подключения КБ на первой секции шин и

5 отключения КБ на второй секции шин происходит перераспределение реактивной мощности в соответствии с изменившимися нагрузками на этих секциях шин. Пусть в результате произведенных коммутаций на

0 первой секции шин все КБ подключены, а на второй секции шин все КБ отключены. Тогда схема 25 запрета включения логического блока 12 первой секции шин формирует на своем выходе высокий логический уровень,

5 который в свою очередь формирует через схему И 28 высокий логический уровень на одном из входов схемы ИЛИ 19, а также на одном из входов схемы И 40, на втором и третьем входах которой формируются

0 высокие логические уровни инверсными выходами пороговых элементов 2 и 3, т.е. разрешается прохождение через элемент И 40 импульсов (фиг.З) с четвертого выхода задающего генератора 11.

5 Таким образом, через схему ИЛИ 19 на

выходе схемы 21 формируются инверсные

импульсы S. Тем самым на управляющие

выходы ключей 7 и 8 блока 6 подаются

инверсные по отношению друг к другу

0 сигналы, что приводит к поочередному включению и отключению ключей 7 и 8 при закрытом ключе 9. При этом после подключения ключей 7 на вход синхронизации D- триггера 14 логического блока 12с второго

5 выхода задающего генератора поступает импульс m (фиг.З). Т.е. после включения ключа 7 на соответствующий вход блока 10 измерительных сигналов подается сигнал заведомо меньший сигнала минимальной реактивной мощности на других секциях

шин. В данном случае при определении максимума первая секция из рассмотрения исключается и блок 10 формирует единичный сигнал на другом своем выходе max, соответствующем следующей в порядке убыва- ния величины реактивной мощности секции шин. При этом на соответствующем этой секции шин логическом блоке сигналом m застробируют D-триггер 14, информационный вход которого подключен к выходу max этой секции шин блока 10.

Появление низкого логического уровня на выходе D-триггера 14 приводит ключ 30 в закрытое состояние, а появление высокого логического уровня на выходе D-триггера, соответствующего в порядке убывания реактивной мощности максимуму, приводит к включению ключа блока оптимизации, соединенного своим управляющим входом с выходом этого D-триггера. В момент опре- Деления min подключается ключ 8 и на блок 10 проходит сигнал с датчика реактивной мощности, а ключ 7 отключается. После подключения ключа 8 на вход синхронизации триггера 15 с третьего выхода задающе- го генератора приходит сигнал п (фиг.З). Таким образом, секция шин питающей сети, где все КБ подключены, рассматривается только при определении секции шин с минимальным уровнем реактивной мощности.

Одновременно с Появлением высокого логического уровня на выходе схемы 25 защиты включения первой секции шин появляется высокий логический уровень на выходе схемы 25 защиты включения второй секции шин. Таким образом, на выход схемы ИЛИ 20 логического блока 12 с пятого выхода задающего генератора 11 проходят сигналы V (фиг.З), а на выход схемы ИЛИ 21 - инверсные сигналы V. Следовательно, на управляющие входы ключей 8 и 9 блока 6 приходят инверсные по отношению друг к другу сигналы, т.е. они поочередно включаются и отключаются, ключ 7 закрыт. При этом после подключения ключа 8 на вход синхронизации D-триггера 15 блока 12 с задающего генератора приходит сигнал п.

Таким образом, при подключении ключа 9 блока 6 на соответствующий вход блока 10 подается сигнал, уровень которого заве- домо больший сигнала максимально возможной реактивной мощности. В данном случае при определении минимума вторая секция шин исключается из рассмотрения и блок 10 приоритетных сигналов формирует высокий логический уровень на другом своем выходе mln, соответствующем следующей в порядке возрастания величины реактивной мощности секции шин. При этом на соответствующем этой секции шин логическом блоке 12 застробирован D-триггер 15, информационный вход которого подключен к выходу min блока 10 этой секции шин. Появление низкого логического уровня на выходе D- триггера 15 приводит ключ 35 блока оптимизации в закрытое состояние, а появление высокого логического уровня на выходе D-триггера 14 секции шин, соответствующей в порядке возрастания реактивной мощности минимуму, приводит к включению ключа блока оптимизации, соединенного своим управляющим входом с выходом этого D-триггера. В момент определения максимального уровня реактивной мощности подключается ключ 8 блока 6 и на блок 10 проходит сигнал с соответствующего датчика реактивной мощности, а ключ 8 отключается. После подключения ключа 8 ha вход синхронизации D-триггера 14 блока 12 с задающего генератора 11 приходит сигнал т.

Таким образом, секция шин питающей сети, где все КБ отключены, рассматривается только при определении секции шин с максимальным уровнем реактивной мощности. В данном случае при проверке условия (1) на прямом и инверсном входах сумматора 38 блока оптимизации соответственно формируются сигналы следующему в порядке убывания максимуму реактивной мощности и следующему в порядке возрастания минимуму реактивной мощности. При выполнении условия (1) для других секций шин происходит активизация соответствующих логических блоков, которые функционируют аналогично. При превышении суммарной реактивной мощности допустимых уровней порога включения и порога отключения на инверсных выходах пороговых элементов 2 и 3 (фиг.1) формируются низкие логические уровни, которые через схему И 44 блока оптимизации запрещают работу устройства в режиме проверки условия (1).

Работа устройства в этом режиме также запрещается при всех выключенных или включенных КБ на всех секциях шин, так как при этом соответственно на выходах схем 25 и 26 защиты всех логических блоков формируются высокие логические уровни, которые через логические элементы 43, 22,44 или 42, 22, 44 формируют на выходе блока оптимизации низкий логический уровень.

Поскольку система управления устройства для централизованной компенсации реактивной мощности является замкнутой и коммутации КБ на секциях шин приводят к изменению величин реактивной мощности на этих секциях, то описанные процедуры будут продолжаться до тех пор, пока не будет удовлетворено условие (1).

Формула изобретения Устройство для централизованной компенсации реактивной мощности, содержащее п групп конденсаторных батарей, подключенных к сети через блоки коммутации, датчики реактивной мощности по числу секций шин питающей сети, входы которых подключены к соответствующим измерительным элементам напряжений и токов секций шин сети, а выходы соединены с каналом управления, включающим сумматор, два пороговых элемента включения и отключения, элемент выдержки времени, задающий генератор, блоки аналоговых ключей по числу секций шин питающей сети, причем каждый блок аналоговых ключей включаеттри ключа, блок приоритетных сигналов с количеством входов по числу секций шин питающей сети и удвоенным, по отношению к входам, количеством выходов, логические блоки по числу секций шин питающей сети, причем каждый логический блок включает два элемента И, входы которых соединены с входом элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, выходы которого подключены к входам элементов запрета включения и отключения и к входам дешифратора, соединенного через усилители мощности с блоками коммутации групп конденсаторных батарей, два элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих блоков аналоговых ключей, выходы которых соединены с соответствующими входами блока приоритетных сигналов, входы каждого логического блока соединены соответственно с выходами пороговых элементов включения и отключения, выходом схемы выдержки, первым выходом задающего генератора, выходами блока приоритетных сигналов, отличающееся тем, что, с целью уменьшения перетоков реактивной мощности и потерь электроэнергии во внутризаводских сетях, поддержания оптимальных уровней реактивной мощности на секциях шин питающей сети при изменяющихся нагрузках и при допустимой реактивной мощности на вводе предприятия, канал управления устройства дополнительно снабжен блоком оптимизации, включающим восемь аналоговых ключей, сумматор, компаратор, три четырехвходовых элемента И и двухвходовой элемент ИЛИ-НЕ, причем задающий генератор дополнительно снабжен четырьмя выходами, а каждый логический блок дополнительно снабжен двумя D-триггерами, D-вход первого D-триггера соединен с соответствующим данной секции шин выходом блока приоритетных сигналов, а вход синхронизации соединен с

вторым выходом задающего генератора, D-. вход второго D-триггера соединен с соот- ветствующим выходом блока приоритетных сигналов, а вход синхронизации соединен с 5 третьим выходом задающего генератора, выход первою D-триггера соединен с входом направления счета реверсивного счетчика, с первым входом первого элемента И логического блока, второй и третий входы

0 которого соединены соответственно с выходом элемента выдержки времени и с дополнительным инверсным выходом порогового элемента отключения, выход второго D- трисгера соединен с одним из входов второ5 го элемента И логического блока, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом элемента выдержки времени и с дополнительным инверсным выходом порогового элемента выключения,

0 выходы первого и второго D-триггеров также соединены с управляющими входами соответственно первого и второго аналоговых ключей блока оптимизации, информационные входы которых соединены с выходами

5 датчика реактивной мощности соответствующей секции шин, а выходы соединены соответственно с прямым и инверсным входами сумматора, а также с выходами соответствующих аналоговых ключей других

0 секций шин, второй инверсный вход сумматора соединен с блоком уставки, выход сум- матора соединен с прямым входом компаратора, инверсный вход которого связан с шиной нулевого уровня, выход компа5 ратора соединен с одним из входов четырехвходового элемента И, второй и третий входы которой соединены соответственно с прямыми выходами пороговых элементов включения и отключения, выход

0 элемента И является выходом блока опти- мизации и соединен с первым входом трех- входового элемента ИЛИ, два других входа которой соединены соответственно с прямыми выходами пороговых элементов вклю5 чения и отключения, а выход соединен с входом элемента выдержки времени, четвертый вход четырехвходового элемента И блока оптимизации соединен с выходом двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, два вхо0 да которого соединены соответственно с выходами двух четырехвходовых элементов И, входы первого из которых соединены соответственно с выходами элементов запрета включения всех логических блоков, а

5 входы второго соединены соответственно с выходами элементов запрета отключения всех логических блоков, выходы элементов запрета включения и отключения каждого логического блока соединены соответственно с первыми входами двух дополнительно

введённых в эти блоки двухвходовых элементов И и двух четырехвходовых элементов И, вторые входы двухвходовых элементов И соединены соответственно с прямыми выходами пороговых элементов включения и отключения, вторые и третьи входы метырехвходовых элементов И включены соответственно к инверсным выходам пороговых элементов включения и отключения, четвертые входы соединены соответственно с четвертым и пятым выходами задающего генератора, выходы первых двухвходового и четырехвходового элементов И соединены через элемент ИЛИ с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, выходы вторых двухвходового и четырехвходового элементов И соединены через элемент ИЛИ с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматического управления конденсаторными установками. Цель изобретения - уменьшение перетоков реактивной мощности и потерь электроэнергии во внутризаводских сетях, поддержание оптимальных уровней реактивной мощности на секциях шин питающей сети при изменяющихся нагрузках и при допустимой реактивной мощности на вводе предприятия. Эта цель достигается тем, что в канале управления устройства происходит постоянный контроль за величинами реактивной мощности как на вводе системы электроснабжения, так и на ее секциях шин, ее сравнение с максимальными и минимальными требуемыми значениями. При выходе реактивной мощности за пределы этого диапазона пороговыми элементами 2, 3, а также сигналом, поступающим с блока оптимизации 13, запускается схема выдержки времени 5, после отработки которой устройство коммутирует нужную группу конденсаторных батарей на определенной секции шин. Блок оптимизации 13 позволяет поддерживать оптимальные уровни реактивной мощности на секциях шин питающей сети. Выбор группы конденсаторных батарей осуществляется по приоритетным признакам блоком приоритетных сигналов 10, а переключение соответствующих групп конденсаторных батарей производится логическими блоками 12. 3 ил.

ПППП

П П П П

№

Фиг.2

t

7 7

7