Способ определения реактивной мощности однофазного переменного тока Советский патент 1991 года по МПК G01R21/06 

Изобретение относится к технике автоматического управления электроэнергетическими системами и системами электроснабжения промышленных предприятий, в частности к технике противоаварийной автоматики и автоматического регулирования реактивной мощности, и может быть использовано в автоматических регуляторах возбуждения синхронных генераторов и автоматических регуляторах устройств динамической компенсации реактивной мощности, потребляемой промышленными предприятиями

Целью изобретения является повышение быстродействия

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - принципиальная схема фазопово- ротного элемента цепей формирования нео- ртогональных составляющих U Ц1 или(Р))

(IR) напряжений Ц или (IR); на фиг 3 - векторные диаграммы, иллюстрирующие соотношения электрических величин на входах и выходах цепей формирования неортогональных перемножаемых составляющих. Сущность способа заключается в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока и сдвинутые на некоторый одинаковый угол значения тока и напряжения, а реактивную мощность определяют расчетным путем, при этом угол сдвига выбирают меньшим л/2 . Повышение быстродействия обусловлено меньшим временем задержки измерения сдвинутых по фазе значении тока и напряжения

Устройство, реализующее способ, содержит (фиг.1) элемент 1 преобразования тока I в напряжение IR, например в виде резистора (не показан) два фазоповорот- ных элемента 2 и 3 (на угол V )) подклюО

ю

XI О

сл

ценные к входному зажиму напряжения U и к выходу элемента 1, перемножители , первые входы которых подключены к выходам элементов 2 и 3 соответственно, а вторые к входам элементов 3 и 2 соответ- ств енно, и активный вычитатель 6, входы которого подключены к выходам перемножителей 4 и 5.

Неортогональный фазоповоротный элемент 2(3) выполняется, например, в виде активного фильтра верхних частот(ФВЧ), на основе неинвертирующего включения интегрального операционного усилителя 7 (фиг.2) с резисторами 8, 9 и конденсатором 10 на входах и резистором 11 обратной связи, Он имеет передаточную функцию Н(Р) и комплексный коэффициент передачи JC ( )

Н(Р)РТ/(Р т-1 I)(1)

К 0 ton ) J УпТ/(1 +jWnT). (2)

U2 (i R) lUUrn SinWnt f Ч Im Sin (uJh t + )

Um Im Sin Wn t Sin ton t +

+ (я/2-«)(4)

Um 1m Sin Wn t COS (ton t-a- p) Ulsin(ip+a) + + sin (2 ton ).

Напряжения Ui и U2 поступают на выхо- ды вычитателя 6, выходное напряжение которого пропорционально реактивной мощности Q. При у (я/2 ) - а (я/2 ) ;

ивых U2-lh (р+а} +

+ sin (р - а ) 2 U I sin у sin p (5)

Изобретение относится к технике автоматического управления электроэнергетическими системами и системами электроснабжения промышленных предприятий и может быть использовано в автоматических регуляторах возбуждения синхронных генераторов и автоматических регуляторах устройств динамической компенсации реактивной мощности. Целью изобретения является повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что дль синусоидальных напряжения и тока из HJ- пряжения U и напряжения IR, пропорционального току I, формируются их неортогональные составляющие U , L)(IR), (IR), разноименные составляющие, а именно U , (IR)и и, (IR), перемножаются, после чего производится вычитание полученных произведений. Результат пропорционален реактивной мощности В описании приводится пример реализации способа 3 ил (Л С

Указанный угол сдвига фаз между напряжениями Ц1 и Uf U, если (IR) и (IR) (1R) (фиг.З), обеспечивается при постоянной времени RC цепи T 1/ton

nT RC(1 +Ro/Rl).

где R и С - сопротивление резистора 9 и емкость конденсатора 10 соответственно;

Ri; Ro - сопротивления резисторов 8 и 11 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Перемножителями 4 и 5, например типа К525ПС2, перемножаются неортогональные составляющие напряжения и тока

перемножителем 4 U1 (IR) IR;

перемножителем 5 у U и QRf () e)r

Если U Um sin tont, iR Im R sin( ),

то напряжения Ui и U2 на выходах перемножителей пропорциональны при у п/1 ) - a :

Uf U/ (i R)Ui sin (tOnt +

+ У) Im Sin (Wn )

Um sintftM t +(я/2 -a) x-

n|m Sin ( t- V) Um COS ( (On t - -a) Im Sin ( Wn t V) U I sin ( - (f + r) + sin (2 (On t - -a) - U 1 sin () + 4- sin (2 t с ip}:

(3)

-U I sin p .

Частотные погрешности устройства обусловливаются двумя факторами: зависимостью от частоты абсолютного значения К (со) комплексного коэффициента передачи фазопово- ротного элемента 3, К. ( у to ) К( о ) его фазы ър (w) от изменений круговой промышленной частоты. Значение

5

0

5

0

5

К(о)) 1 +(о)т)2 возрастает в функции а) и создает положительные погрешности преобразования, а угол

if} (о)) - arctg w т уменьшается в функции о и создает согласно (5) отрицательные погрешности. При постоянной времени указанные частотные погрешности устройства, функционирующего на основе перемножения неортогональных составляющих входных напряжений и тока, взаимно полностью компенсируются.

При сохранении частотных погрешностей преобразования реактивной мощности, свойственных известному устройству, увеличивается быстродействие за счет снижения постоянной времени неортогонального Фазоповооотного элемента, т.е. ФВЧ (фиг.2), вплоть до т 1/с )n ) 1,8 10с, т.е. увеличение угла до у t// я/3 . При этом время установления сигнала на уровне 0,95 от установившегося составляет ty 3 г «я/4, т.е. почти в два раза меньше, чем у известного устройства.

Испопьзование изобретения позволяет получить следующий технико-экономических эффект. При применении устройства, реализующего способ определения реактивной мощности, в автоматическом регуляторе возбуждения синхронных генераторов сильного действия, в частности, в измери- тельном органе ограничителя минимального возбуждения по условию статической устойчивости электропередачи, благодаря его повышенному быстродействию, обусловленному использованием формировате- лей неортогональных составляющих, может быть повышена минимально допустимая передаваемая -в электроэнергетическую систему активная мощность в режиме потребления синхронным генератором ре- активной мощности, т.е. увеличена пропускная способность электропередачи.

При использовании устройства, реализующего способ, в автоматическом регуляторе устройств динамической компенсации быстро изменяющейся реактивной мощности промышленных предприятий, эффективность которых зависит прежде всего от быстродействия измерительного преобразователя реактивной мощности, обеспе- чиваемого применением в нем формироваи

мг

(1RT

фиг.1

телей неортогональных составляющих, может быть достигнут положительный эффект за счет снижения потерь мощности, улучшения коэффициента мощности, снижения явления фликкера и повышения показателей качества электроэнергии в целом. Формула изобретения Способ определения реактивной мощности однофазного переменного тока, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения синусоидального напряжения и тока и сдвинутые по фазе на одинаковый угол значения напряжения и тока и расчитывают реактивную мощность Q по формуле

Q U(t + y)i(t)-U(t)i(t + у),

где у-угол сдвига фаз;

U (t), i (t) - мгновенные значения напряжения и тока и сети;

U (t у), i (t у) - сдвинутые по фазе значения напряжения и тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, угол сдвыа фаз выбирают меньшим я/2 .

и,

гО

и

Г

8

L

Ц, (2)

f

Фиг. г

Фиг.З

-CD

7ГП

№)

v

..j±

п-.Цк)