Устройство для распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами Советский патент 1991 года по МПК H02J3/46 

i

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами переменного тока. Целью является повышение точности выравнивания токов нагрузки генераторов. В предлагаемом устройстве распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами, по которому выявляется I-генератор, ток нагрузки которого первым проходит через нуль от начала положительного полупериода напряжения на шинах с последующим релейным изменением тока возбуждения I-генератора в сторону увеличения, вновь введено выявление J-генератора, ток нагрузки которого последним проходит через нуль после начала положительного полупериода напряжения на шинах с последующим релейным изменением тока возбуждения J-генератора в сторону уменьшения нагрузки. В устройство распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами, содержащее генераторы 1, 2, 3 с их обмотками возбуждения с ключевыми элементами 4, 5, 6 и замыкающими блок-контактами линейных контакторов 7, 8, 9, нуль -органы тока 10, 11, 12 и нуль-орган напряжения 13, введены диоды 14, 15, 16, 20, RS-триггеры 17, 18, 19 и блок 21 формирования очереди с фиксацией первого и последнего мест в ней, который содержит группы элементов И, группы элементов НЕ, группы элементов ИЛИ, группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И и элемент НЕ. 4 ил.

О

XJ

О

2

О

в сторону увеличения, вновь введено вычв ление J-генератора, ток нагрузки которою последним проходит через нуль после нача ла положительного полупериода напряже ния на шинах с последующим релейным изменением тока возбуждения J-генератора в сторону уменьшения нагрузки В устройство распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами,, содержащее генераторы 1, 2, 3 сих обмотками возбуждения с ключевыми элеИзобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами переменного тока

Целью изобретения является повышение точности выравнивания токов нагрузки генераторов.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг, 2 - функциональная схема блока формирования очереди с фиксацией первого и последнего мест в ней; на фиг. 3 - принципиальная схема нуль-органа, на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит генераторы 1, 2,3 переменного тока с обмотками возбуждения и ключевыми элементами 4, 5, 6 и замыкающими блок контактами линейных контакторов 7, 8, 9, нуль-органы тока 10, 11, 12 и напряжения 13, входы которых подключены к выходам генераторов 1, 2, 3 и к шине соответственно, а выходы нуль-органов тока 10. 11, 12 через диоды 14,15, 16 в прямом направлении подключены к S-входам триггеров 17, 18, 19 соответственно, а выход нуль-органа напряжения 13 через диод 20 в прямом направлении соединен с R-входами триггеров 17, 18, 19, блок 21 формирования очереди с фиксацией первого и последнего мест в ней, входы которого соединены с прямыми выходами RS-триггеров 17. 18, 19, выходы блока 21, фиксирующие первые ме ста в очереди, соединены с ключевыми элементами (тиристорными ключами) обмоток возбуждения 4, 5, 6, увеличивающих ток в обмотках, а выходы блока 21, фиксирующие последние места в очереди соединены со ответственно с тиристорными ключами обмоток возбуждения 4, 5, 6, уменьшающих ток в этих обмотках.

Блок 21 формирования очереди с фиксацией первого и последнего мест в ней (фиг. 2) содержит первую группу элементов И 22.1-22.3, вторую группу элементов И 23 1- 23.3, третью группу - 24 1-24 3 четвертую

ментами 4, 5, 6 и замыкающими блок-контактами линейных контакторов 7, 8, 9 нуль-органы тока 10,11, 12 и нуль-орган напряжения 13, введены диоды 14,15,16, 20 RS-триггеры 17, 18, 19 и блок 21 формирования очереди с фиксацией первого и последнего мест в ней, который содержит группы элементов И, группы элементов НЕ, группы элементов ИЛИ, группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И и элемент НЕ 4 ил.

группу 25.1-25.3 и пятую группу элементов И 26,1-26.3, первую группу элементов НЕ 27.1-273, вторую группу элементов НЕ 28.1-28.3, первую группу элементов ИЛИ

и элемент НЕ 37.

При активно-индуктивной нагрузке параллельно работающих генераторов при условии, что активная нагрузка равномерно распределена, чем больше угол сдвига фазы

тока генератора относительно его напряжения, тем больше нагружен данный генератор реактивной нагрузкой и наоборот.

Поэтому согласно предлагаемому изобретению распределение нагрузки

осуществляется так1 выявляют i-генератор с наименьшим реактивным током, т.е. ток нагрузки которого опережает по фазе токи на грузки остальных генераторов и увеличивают его возбуждение, а также выявляют j-генератор с наибольшим реактивным током, т.е ток нагрузки которого отстает по фазе от токов нагрузки генераторов и уменьшают его возбуждение. В результате двустороннего воз действия (управления) в системе параллельно

работающих генераторов установятся автоколебания обменной реактивной мощности с двойной частотой по сравнению, если бы выявлялся только генератор с максимальным реактивным током или генератор с минимальным реактивным током.

Более подробно рассмотрим распределение реактивной нагрузки в устройстве для случая параллельной работы трех генерато ров. При параллельной работе генераторов

1-3 (блок-контакты линейных контакторов 7-9 замкнуты) в квазиустановившемся режиме в системе существуют с необходимо стью автоколебания.

Пусть в момент времени (см фиг 4)

начинается положительный полупериод фазного напряжения (например U9) Сраблтывает нуль-орган 13. положительный им- пупьс которою через диод 17, включенный в прямом направлении, устанавливает RS триггеры 18 20 в исходные состояния.

В момент времени ц ток нагрузки iai фазы а генератора 1 проходит через нуль. Срабатывает нуль-орган 10 и через диод 14 в прямом направлении на S-вход триггера 17 поступает положительный импульс. Триг- rep 17 срабатывает, формируя заявку по входу 33.1 блока 21. При этом на выходе 34.1 появляется единичный сигнал, открывающий тиристорный ключ обмотки возбуждения 4 в сторону увеличения тока возбуждения, протекающего в ней.

В момент времени t2 ток нагрузки 1а2 фазы а генератора 2 проходит через нуль. Срабатывает нуль-орган 11 и через диод 15 поступает положительный импульс на S- вход триггера 18, который при этом срабатывает и формирует заявку по входу 33.2 блока 21.

При этом генератор 2 занимает второе место в очереди блока 21, а группа ИСКЛ Ю- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31 формирует информацию О, 1, 0, которая на выход блока 21 не проходит из-за запрета, наложенного элементом hE 37. Следовательно, ток в обмогке воз суждения генератора 2 остается прежним.

В момент времени 1з ток нагрузки 1аз фазы а генератора J проходит через ну}пь Срабатывает нуль-орган 12 и через диод 16 подает положительный импульс на S-вход триггера 19. Триггер 19 срабатывает и фор- мирует заявку по входу 33.3 блока 2 1. Генератор 3 ламимаст третье место в очереди блокя 21 а группа ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2 формирует информацию О О, 1, которая проходит на выход блока 21. На выходе 35 появляется Лог. 1, открывающая тиристор- Ьоч: ключ обмотки возбуждения 6 в сторону уменьшения тока ьозбуждения, в ней протекающего.

Выстроенная очередь блока 21 сохрачя- ется до следующего положительного полупериода напряжения. При переходе кривой напряжения Ua через нуль, нуль-орган 13 формирует имл/льс который через диод в прямо-1 направлении поступит на R-входы триггеров 17, 18, 19 и приведет их в исходные состояния. Исчезновение информации (заявок) на входо блока 21 приведет блок 21 в исходное состояние, при котором на всех выходах его появятся Лог. О. Учитывая, что - иристорные ключи обмоток возбуждения 4. 5. 6 обладают памятью, то управление их как бы замораживается.

В момент времени t4 снова ток iai фазы a i оператора 1 проходит через нуль в тече ние нового положительного полупериода напряжения Ua Сработает нуль-орган 10 и вновь повторится процесс формирования очереди в блоке 21 и будет оказано соответствующее дублирующее управление на тиристорные ключи обмоток возбуждения 4 и 6.

По мере воздействия на токи возбуждения генераторов 1,2,3 через некоторое время ток 1а2 фазы а генератора 2 будет первым проходить через нуль. Блок 21 выделит генератору 2 первое место в очереди и сформирует на выходе 34.2 Лог. 1, которая откроет тиристорный ключ обмотки возбуждения 5 в сторону увеличения ее тока возбуждения и т.д. будет продолжаться процесс релейного распределения реактивной нагрузки между генераторами 1, 2, 3.

Блок 21 работает следующим образом.

Заявки поступают с входов 33 на первые входы элементов И 22.1- 22.3. Факт прихода заявки отождествляется с появлением потенциала на соответствующем входе. Будем полагать, что к началу работы очередь была свободной. Все элементы блока 21, кроме элементов НЕ 27 и 28, имеют на выходе нуль. Заявка с входа 33 проходит через элементы И 22.1 и 24.1 к соответствующему выходу 34.1 блока 21, так как на выходах элементов НЕ 27 и 28 Г . Пройдя к выходу 31.1. заявка запрещает поохождение поступающих 8 дальнейшем сигналов через элементы И 24.2 и 24,3. b то же ьремч на входах элемента ИЛИ 29.1 появляется 1, которая проходит также на входы элементов И 23.2 и 23.3 При этом на выходах группы выходов 34 блока появляется информация 1, О, О, на выходах первой группы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ J1 - О, О. О на выходах второй группы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 32 имеем также - О, 0,0.

Пусть теперь приходит заявка на вход 33.3. Единичный сигнал проходит через элемент И 22.3 и элемент ИЛИ 29.3 на входы элементов И 23.1 и 22.2, запрещая прохождение заявки с входа 33.2 при ее появлении в случайный момент времени. При этом на выходах первой группы выходов 34 сохраняется информация 1, О, О на выходах первой группы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31 - О, О, 1 на выходах которой группы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 32 - 0, 0. 0. то означает, что первое место в очереди сохранилось за заявкой с входа 33.1, второе место заняла заявка на входе 33.3, 5 третье место остается пока свободным. Далее пусть проходит заявка на 33.2. Это вызовет появление 1 на соответствующем выходе второй группы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 32, т.е. заявка 33.2 заняла третье место в очереди.

При исчезновении заявки на входе 33.1 освобождается первое место в очереди. В

момент перехода сигнала на входе 33.1 из 1 в О на выходе элемента И 24.1 образуется О, который через элемент НЕ 28.1 дает разрешение на появление 1 на выходе элемента И 24.3.

Таким образом, в очереди произошел сдвиг и заявка на входе 33.3, занимавшая ранее второе место в очереди, переходит на ее первое место.

Исчезновение 1 с выхода элемента ИЛИ 29.1 восстанавливает 1 на выходе элемента НЕ 27,2. На выходе элемента И 22.2 образуется 1, которая через элемент ИЛИ 29.2 подается на входы элементов И 23.1 и 23.3. На входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31.2 появляются сигналы 0, 1, О, что вызовет на его выходе сигнал 1. При этом в блоке 21 произошел сдвиг и заявка на входе 33.2 переходит на второе место в очереди с третьего места, которое теперь остается свободным.

При исчезновении заявки на входе 33.3 снова освободится первое место в очереди. В устройстве произойдет снова сдвиг, т. е. заявка на входе 33.2 перейдет на на первое место, освобождая второе место в очереди. На первой группе выходов 34 устройство образуется информация 0. 1,0, на первой группе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31 - О, О, О, на второй группе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 32 - О, О, 0. Информация с выходов групп ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31 и 32 передается на выход блока 21 селективно в зависимости от числа параллельно работающих генераторов (например, два любых из трех или три). В случае работы трех генераторов, когда блок-контакты линейных контакторов 7-9 замкнуты, элемент И 36 дает разрешение на прохождение информации с выхода группы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 32 через группу элементов ИЛИ 30 на выход блока 21.

При размыкании любого из блок-контактов 7-9 срабатывает элемент НЕ 37, разрешающий прохождение информации с выхода первой группы 31 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через группу элементов ИЛИ 30 на выход блока 31.

Нуль-органы 10,11,12,13 выполнены по единой схеме (фиг. 3), которая содержит амплитудный ограничитель (резистор 38, стабилитроны 39 и 40), трансформатор 41 и дифференцирующее звено (резистор 42, конденсатор 43).

В качестве RS-триггеров 18,19, 20 принят триггер с раздельными входами.

Предлагаемое устройство повышает в два раза частоту автоколебаний и снижает их амплитуду, что повышает точность выравнивания реактивных токов нагрузки генераторов.

Устройство допускает включать генераторы на параллельную работу в любой последовательности, что повышает надежность эксплуатации систем электроснабжения.

Отсутствие в устройстве блока переключений в контактном варианте способствует также повышению надежности его работы. Формула изобретения Устройство для распределения реактив0 ной нагрузки между параллельно работающими генераторами переменного тока содержащее ключевые элементы по числу генераторов, соединенные с обмотками воз буждения генераторов, нуль-органы тока,

5 входы которых подключены соответственно к одноименным фазам генераторов, и нуль- орган напряжения, соединенный с выводами для подключения к шинам, линейные контакторы генераторов, отличающий0 с я тем, что. с целью повышения точности выравнивания токов нагрузки генераторов, оно снабжено тремя RS-триггерами, четырь мя диодами и блоком формирования очереди с фиксацией первого и последнего мест

5 в ней, который состоит из пяти групп элементов И, двух групп элементов НЕ. двух групп элементов ИЛИ, двух групп элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом каждая группа содержит число элементов,

0 равное числу генераторов, причем выход нуль-органа напряжения через диод соединен с R-входами трех RS-триггеров, выходы трех нуль-органов тока через диоды соответственно подключены к S-входам RS-триг5 геров, прямые выходы которых соединены с первым, вторым и третьим входами блока формирования очереди с фиксацией первого и последнего мест в ней, первые входы элементов И первой группы которого явля0 ются его первыми входами, выходы элемен тов И второй группы через соответствующие элементы НЕ первой группы соединены со вторыми входами элементов И первой труп пы, выходы элементов И первой группы сое

5 динены со вторыми входами первой группы элементов ИЛИ и с входами соответствую щих элементов И третьей группы, выходы которых являются первыми выходами вы шеупомянутого блока формирования очере

0 ди, фиксирующих первое место в очереди и соединены с соответствующими ключевыми элементами, а также подключены ко входам соответствующих элементов НЕ второй группы и первым входам первой группы эле

5 ментов ИЛИ, причем выход первого элемен та НЕ второй группы соединен с первыми входами второго и третьего элементов И третьей группы, выход второго элемента НЕ второй группы соединен с третьими ахода- ми первого и третьего элементов И третьей

группы, выход третьего элемента НЕ второй группы соединен с первыми и третьим входами первого и второго элементов И третьей группы, выход первого элемента ИЛИ первой группы подключен к первым входам второго и третьего элементов И второй группы, выход второго элемента ИЛИ первой группы соединен с первым и вторым входами первого и третьего элементов И второй группы, выход третьего элемента ИЛИ первой группы соединен со вторыми входами первого и второго элементов И второй группы, входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первой группы соединены, соответственно, с выходами элементов И первой и третьей групп, входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй группы соединены, соответственно, с входами блока и выходами элементов И первой группы, входы трехвходового эле

мента И соединены через замыкающие блок-контакты линейных контакторов генераторов с выводами для подключения к шине положительного напряжения, а выход ее - с вторыми входами четвертой группы элементов И и через элемент НЕ - со вторыми входами пятой группы элементов И, первые входы четвертой и пятой групп элементов И соединены с выходами, соответственно, второй и первой групп элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы первых, вторых и третьих элементов И четвертой и пятой групп соединены, соответственно с входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ второй группы, выходы которых являются вторыми выходами блока формирования очереди фиксирующих последнее место в очереди и соединенных с соответствующими ключевыми элементами.

20