Устройство для автоматического регулирования режимов реактивной мощности узла нагрузки Советский патент 1992 года по МПК H02J3/12 H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в узлах нагрузки электрических линий переменного тока, к которым подключены два однотипных или разнотипных источника реактивной мощности (ИРМ), снабженных стандартными регуляторами для автоматического поддержания заданного режима реактивной мощности узла.

Целью изобретения является повыше- ние экономичности работы электрической сети и подключенных к узлу нагрузки источников реактивной мощности путем оптимизации режимов работы упомянутых источников.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства автоматического регулирования режимов реактивной мощности узла нагрузки; на фиг.2 - блок принудительной коммутации (ВПК) с наиболее существенными связя- ми.

Устройство автоматического регулирования режимов реактивной мощности узла нагрузки состоит из силового трансформатора 1, питающего узла нагрузки, к выходу 2 которого подключен вход 3 трансформатора 4 связи по напряжению и вход 5 трансформатора 6 связи по току узла нагрузки, выход 7 которого соединен с входом 8 смежных электроприемников 9, входом 10 перво- го источника 11 реактивной мощности (ИРМ), входом 12 трансформатора 13 связи по току второго плавнорегулируемого ИРМ 14, вход 15 которого соединен с выходом 16 трансформатора 13 связи по току второго плавно регулируемого ИРМ 14, входы 17 и 18 обмотки возбуждения которого соединены с выходами 19 и 20 автоматического регулятора 21 тока возбуждения (АРВ), три входа 22-24 которого соединены соответст- венно с измерительным выходом 25 трансформатора 13 связи по току второго ИРМ 14 и с измерительными выходами 26 и 27 трансформаторов связи по току 6 и напряжению 7 узла, которые также соединены с входами 28 и 29 автоматического регулятора 30 реактивной мощности (АРРМ), выходы 31 и 32 которого соединены с входами 33 и 34 управления первого ИРМ 11, кроме того, устройство снабжено таймером 35 с входом 36 и двумя выходами 37 и 38, независимым источником 39 питания (НИП) с входом 40 и двумя 41 и 42 выходами и блоком 43 принудительной коммутации (БПК) с семью входами 44-50 и двумя выходами 51 и 52, а первый 21 и второй 30 регуляторы дополнительно содержат каждый по два выхода 53,54 и 55,56 и одному входу 57 и 58, на которых реализуются функции управления регуляторами: YI - функция управления

АРВ 21 и Y2 - функция управления АРРМ 30, которые имеют вид

Yi (Zn V Z2i) V( Т); Y2 (Zi2 VZ22)V ( Л Т),

где Z - сигналы на дополнительных выходах 53,54 и 55,56 АРВ 21 и АРРМ 30, пропорциональные реализуемому режиму реактивной мощности узла нагрузки; (р- сигнал на первом выходе 37 таймера 35, пропорциональный напряжению НИП 39; Т - сигнал на втором выходе 38 таймера 35, определяющий существование измененного режима реактивной мощности узла, при этом вход 36 таймера 35 соединен с первым выходом 41 НИП 39, второй выход 42 которого соединен с первым входом 44 БПК 43, второй 45 и третий 46 входы которого соединены с первым 55 и вторым 56 дополнительными выходами АРРМ 30, дополнительный вход 58 которого соединен с первым выходом 51 БПК 43, четвертый 47 и пятый 48 входы которого соединены с первым 53 и вторым 54 дополнительными выходами АРВ 21, дополнительный вход которого соединен с вторым выходом 52 БПК 43, шестой 49 и седьмой 50 входы которого соединены с выходами 37 и 38 таймера 35.

На фиг.2 представлена схема возможной реализации БПК 43 и конструктивное выполнение дополнительных выходов и входов автоматических регуляторов АРВ 21 и АРРМ 30. БПК 43 состоит из элемента И 59 с входами 60,61 и выходом 62, транзистора 63 с входами 64,65 и выходом 66, катушки реле 67 с зажимами 68 и 69, при этом реле 67 содержит два переключающих контакта 70 и 71 с размыкающими контактами 72 и 73, замыкающими контактами 74 и75 и подвижными контактами 76 и 77, которые соединены с выходами 52 и 51 БПК 43, которые,в свою очередь, соединены с дополнительными входами 57 и 58 АРВ 21 и АРРМ 30, делителей 78 и 79 напряжения, для выставления уставок режима работы которых сделаны дополнительные выходы 53,54 АРВ 21 и 55,56 АРРМ 30, а входы 45 и 47 БПК соединены с замыкающими контактами 75 и 74 переключающих контактов 71 и 70, размыкающие контакты 73 и 72 которых соединены с входами 46 и 48 БПК 43, первый вход 44 которого соединен с первым зажимом 68 катушки реле 67, второй зажим 69 которой соединен с выходом 66 транзистора 63, первый вход 64 которого соединен с шестым входом 49 БПК 43 и первым входом 60 элемента И 59, второй вход 61 и выход 62 которого соединены соответственно с седьмым

входом 50 ВПК 43 и вторым входом 65 транзистора 63.

Рассмотрим работу устройства, показанного на фиг.1 и 2. Автоматическое регулирование режимов реактивной мощности узла нагрузки в электрической сети трансформаторами связи 4 с выходным сигналом Xi, 5 с выходным сигналом Х2 и 13с выходными сигналом Хз в функции регулирующего воздействия, представляет собой суммирование ЭДС трансформаторов связи

с результирующим сигналом Yn 2 ki B

которой одно из слагаемых пропорционально напряжению узла с сигналом Xi, а другие пропорциональны контролируемым параметрам, которыми являются реактивный ток узла с сигналом Х2 или источника 14 реактивной мощности с сигналом Хз, причем коэффициенты пропорциональности соответствующих ЭДС, суммарный сигнал которых для периодов, контролируемых энергосистемой Zi Yn определяют из оптимизационных расчетов, дополнительно определяют коэффициенты пропорциональности соответствующих ЭДС, суммарный сигнал которых для, неконтролируемых периодов Z2 Yn Xk , где Yn - сигнал функции регулирующего воздействия в неконтролируемые периоды работы узла нагрузки, a Xk - выходные сигналы трансформаторов связи в неконтролируемые периоды. Из графиков нагрузки узла определяют моменты времени суток их существования, при наступлении которых таймером 35 формируется сигнал Т, автоматически ВПК 43 изменяют сигналы коэффициентов пропорциональности ЭДС соответствующих трансформаторов связи с Zi на 2.2 или наоборот, при этом результирующие сигналы функции регулирующего воздействия при п 2 ИРМ имеют вид

Yi(ZnVZ2i) V (0iT)

Yn (Zm V Z2n) V (рлТ) Y2(Zi2 V Z22) (рЛ Т)

где Zn, Z21 - суммарные сигналы коэффициентов пропорциональности соответствующих ЭДС в периоды, контролируемые и неконтролируемые энергосистемой первого ИРМ; Zi2, 7.22 то же, для второго ИРМ; р- сигнал реализации изменения коэффициентов пропорциональности; Т - сигнал времени существования изменившегося режима реактивной мощности узла нагрузки.

Реализация предлагаемого технического решения предполагает максимальное использование по назначению стандартных

автоматических регуляторов реактивной мощности ИРМ. Реальные узлы нагрузки характеризуются определенной спецификой, которая полностью охватывается следуюцими возможными вариантами: к узлу нагрузки подключена в качестве ИРМ ступенча торегулируемая с помощью АР- КОН батарея статических конденсаторов; к узлу нагрузки подключены к качестве ИРМ

0 ступенчаторегулируемая с помощью АР КОН батарея статических конденсаторов и плавно регулируемый с помощью АВР ИРМ синхронный двигатель или несколько синхронных двигателей; к узлу нагрузки

5 подключен плавно регулируемый с помощью АРВ один или несколько синхронных двигателей.

Как уже отмечалось, автоматические регуляторы реактивной мощности всех типов,

0 в частности АРКОН и АРВ, которыми в достаточной мере снабжены узлы нагрузки предприятий, настраиваются в автоматическом режиме на один конкретный уровень. Отклонение режима реактивной мощности

5 узла нагрузки от выбранного конкретного уровня либо ввергает работу регулятора в зону нечувствительности, что приводит к отключению ИРМ от узла нагрузки, что повлечет неоправданные потери в сети, так как

0 будет иметь место недокомпенсации, что кроме потерь в сети повлечет увеличение надбавок к тарифу или штрафные санкции энергосистемы, либо перекомпенсацию режима реактивной мощности узла нагрузки,

5 что приведет к неоправданным потерям в сети, добавит потери в ИРМ на генерацию реактивной энергии в сеть.

Из возможных вариантов эксплуатации выбирают формальный, наиболее экономи0 чески оправданный - соблюдение режима реактивной мощности узла в часы максимума системы на уровне, обусловленном в договоре с энергосистемой, поскольку функциональные возможности стандартных

5 автоматических регуляторов не предоставляют иных возможностей, в частности автоматическое переключение заданных уставок режима работы автоматического регулятора.

0 Предлагаемое устройство позволяет преодолеть этот недостаток АРКОНиАРВс помощью автоматического переключения уставок делителей напряжения регуляторов 78 и 79 (фиг.2), задающих выбранный режим

5 работы. Например, режиму средних нагрузок узла соответствует положение 54 движка потенциометра 78 и АРВ 21 и положение 56 движка потенциометра 79 АРРМ 30. Сигналы Z2i и Z22, пропорциональные ЭДС управления АРВ и АРКОН для данного

(неконтролируемого системой) режима, через входы 46 и 48 ВПК 43, нормально закрытые контакты 72 и 73, подвижные контакты 76 и 77, выходы 52 и 51 ВПК 43 поступают на дополнительные входы 57 и 58 АР В 21 и АРРМ 30 и, следовательно, результирующие сигналы функций регулирующего воздействия в данном случае будут

Yi (ZnVZ2i) V(p/T) (0 + Z2i)-t-(1-0) Z2i;

Y2 (Z12 V Z22)V( (0 + Z22) + (1-.0) Z22.

При наступлении времени максимума нагрузки в узле для максимального использования возможностей конденсаторной батареи и синхронного двигателя необходимо изменить уставку делителей 78 и 79 напряжения таким образом, чтобы коэффициенты пропорциональности соответствующих ЭДС соответствовали наступившему режиму максимума нагрузки, т.е. чтобы суммар- ные сигналы были Zn и Zi2, что осуществляется путем срабатывания переключающих контактов 70 и 71, которое происходит за счет того, что таймер 35 подает временной сигнал Т на второй вход 61 логического элемента И 59, на выходе 62 которого формируется сигнал 1, который открывает транзистор 63, что запитывает катушку реле 67, которая и осуществляет переключение подвижных контактов 76 и 77.

В представленной схеме устройства предложено принудительное переключение коэффициентов пропорциональности в момент наступления максимума нагрузки, т.е. переход сигналов с Z2 на Zi, однако возможна и обратная схема.

Устройство для автоматического регулирования режимов реактивной мощности узла нагрузки работает следующим образом.

1.Предварительные операции. Представленными расчетами, основанными на графиках нагрузки узла, определяются сигналы: Xi на выходе 27 трансформатора 4 связи по напряжению узла нагрузки; Х2 на выходе 26 трансформатора 6 связи по току узла нагрузки; Хз на выходе 25 трансформатора 13 связи потоку ИРМ 14 для периодов суток, соответствующих максимуму нагрузки, т.е. контролируемым периодам, кроме того, определяют конкретное время суток при которых существуют данные режимы узла. На делителях 78 и 79 напряжения (фиг.2) регуляторов АР В 21 и АРРМ 30 устанавливают движки 53 и 55 в положение, соответствующее уставке максимума нагрузки, т.е. сигналам Zn и Zi2, одновременно таймеру 35 задается программа подачи сигналов начала и окончания периодов максимума нагрузки.

Аналогично определяются величины

Xi1, X2 и Хз1 Хз для периодов, неконтролируемых энергосистемой, на основании которых на делителях 78 и 79 напряжения регуляторов АРВ 21 и АРРМ 30 устанавливают дополнительные подвижные контакты

54 и 56 в положения, соответствующие уставке средней нагрузки, т.е. сигналам Z21 и Z22, которые после окончания периода максимума автоматически заменяют сигналы Zn nZi2.

2. Работа устройства в часы, неконтролируемые энергосистемой.

В этом режиме не все СЭП 9 потребляют номинальную нагрузку, а часть отключены. Сигналы Xi , X2 и Хз Хз с выходов

27,26.25 трансформаторов 4,6,13 связи поступают на входы 24,23 и 22 АРВ 21, а сигналы Xi и Х21 с выходов трансформаторов 4 и 6 связи - на входы 28 и 29 АРРМ 30, у которых на делителях 78 и 79 выставлены

уставки 54 и 56, соответствующие данному режиму узла нагрузки, потенциалы Z21 и Z22 с движков 54 и 56 подаются на дополнительные входы 48 и.46 УПК 43, с которых Z21 и Z22 попадают через нормально закрытые

контакты 72,73 и подвижные контакты 76,77 на дополнительные выходы 52 и 51 УПК 43, откуда Z21 и Z22 поступают на дополнительные входы 57 АРВ 21 и 58 АРРМ 30 в виде управляющих воздействий Yi Z21 и Ґ2

Z22, которые обеспечивают оптимальный режим работы для рассматриваемых условий ИРМ 11, на входы 33 и 34 управления которого с выходом 31 и 32 АРРМ 30 поступают оптимальные команды управления, и ИРМ

14 через обмотку возбуждения которого 17 и 18 с выходом 19 и 20 АРВ 21 протекает ток возбуждения, соответствующий рассматриваемому режиму узла нагрузки. При этом через катушку реле 67 ток не протекает, так

как на выходе 38 таймера 35 сигнал О, следовательно, на входе 50 УПК 43 и на входе 61 элемента И сигнал О, что формирует на выходе 62 элемента И 59 сигнал О, который подается на вход 65 транзистора 63

и держит его в запертом состоянии, следовательно, в катушке 67 тока нет и сигналы регулирующего воздействия равны

Yi Z2i;Y2 Z22.

3. Работа при максимуме нагрузки, т.е. в часы, контролируемые энергосистемой.

При наступлении часов максимума на выходах 37 и 38 таймера 35, а следовательно, на входах 49 и 50 УПК 43 и входах 60 и

61 элемента И 59 сигналы 1, что формирует на выходе 62 элемента И 59 сигнал 1, который подается на вход 65 транзистора 63 и открывает его, что обеспечивает протекание тока через катушку реле 67, а это приводит к тому, что подвижные контакты 76 и 77 переключающих контактов 70 и 71 реле замыкают замыкающие контакты 74 и 75 и на выходе 51 и 52 УПК43 и соединенные с ними дополнительные входы 58 АРРМ 30 и 57 АРВ 21 поступают сигналы регулирующего воздействия YI Zn и Y2 Zi2, которые в соответствии с изменившимися сигналами Xi, X2 и Хз на выходах 27,26 и 25 трансформаторов связи 4,5 и 13 и соединенных с ними входах 24,23 и 22 АРВ 21 и 28 и 29 АРРМ 30 обеспечивают оптимальный режим реактивной мощности узла в контролируемый период. После окончания контролируемого периода схема возвращается в состояние, описанное в п.2.

Таким образом, в часы максимума на - грузки узла обеспечивается максимальная генерация реактивной мощности (время, контролируемое энергосистемой). В этот период работы ИРМ потребляют максимальную дополнительную активную мощность на генерацию реактивной мощности, которая вполне оправдана, так как избавляет предприятия от штрафных санкций, надбавки к дополнительному тарифу и обеспечивает уменьшение потерь в электрической сети на 0,1 кВт на каждый 1 квар вводимой реактивной мощности.

В часы, неконтролируемые энергосистемой, в генерации максимальной реактивной мощности ИРМ нет необходимости, поэтому, предварительно определив из графиков нагрузки необходимую степень ком- пенсации, автоматически изменяют функции регулирующего воздействия YI и Y2, уменьшив этим дополнительную активную мощность на генерацию реактивной ИРМ. При этом соответственно снизятся потери и в сети, так как реактивная составляющая тока в сети уменьшена за счет отсутствия перекомпенсации.

Стандартные автоматические регуляторы при этом не претерпевают практически никаких изменений за исключением создания двух дополнительных выводов и одного входа у каждого. Конструктивно дополнительные выводы могут быть выполнены в виде подвижных бандажей на делителях напряжения: Уставка плавно или Уставка ступенчато у АРКОН-1.

Формула изобретения Устройство для автоматического регулирования режимов реактивной мощности

узла нагрузки, питаемого силовым трансформатором, вы воды для подключения к которому соединены с трансформатором связи по напряжению и трансформатором

связи по току, выход -которого соединен с входом первого источника реактивной мощности и входом трансформатора связи по току второго плавно регулируемого источника реактивной мощности, к входу которого

подключен автоматический регулятор тока возбуждения, три входа которого соединены соответственно с измерительным выходом трансформатора связи по току второго источника реактивной мощности и с измерительными выходами трансформаторов связи по току и напряжению, которые также подключены к входам автоматического регулятора реактивной мощности, выходы которого соединены с входами управления

первого источника реактивной мощности, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности работы электрической сети и подключенных к узлу нагрузки источников реактивной мощности

путем оптимизации режимов работы упомянутых источников, оно снабжено таймером, независимым источником питания и блоком принудительной коммутации, автоматический регулятор тока возбуждения реализует функцию

Yi(Zn VZ2i)V(p/t Т),

где YI -логический сигнал на одноимен- ном входе блока; 2ц и Zii - логические сигналы на одноименных выходах блокад и Т -логические сигналы на одноименных выходах таймера, автоматический регулятор реактивной мощности реализует функцию

Y2-(Zi2VZ22)V(flMT),

где Y2 - логический сигнал на одноименном входе блока; Zi2 и Z22 - логические сигналы на одноименных выходах блока, при этом вход таймера соединен с первым выходом источника питания, второй выход которого соединен с первым входом блока принудительной коммутации, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами Zi2 и Z22 и входом YI соответственно автоматического регулятора реактивной мощности, четвертый, пятый и шестой входы блока принудительной коммутации

соединены соответственное выходами Zn и Z2i и входом YI автоматического регулятора тока возбуждения, а шестой и седьмой входы блока принудительной коммутации соединены с выходами р и Т таймера.

Фа2.2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в узлах нагрузки, к которым подключено несколько источников реактивной мощности, регулирующихся стандартными устройствами управления реактивной мощности (АРКОН или АРВ).Цель изобретения-повышение экономичности в работе электрической сети и подключенных к узлу нагрузки источников реактивной мощности путем автоматического изменения уставок стандартных автоматических регуляторов при наступлении соответствующего времени суток. Цель осуществляется с помощью блока 43 принуди- тельной коммутации, таймера 35, независимого источника 39 питания и дополнительных связей автоматического регулятора 21 тока возбуждения и автоматического регулятора 30 реактивной мощности с блоком 43. Устройство исключает неоправданные потери мощности в периоды средних нагрузок, т.е. в периоды, неконтролируемые энергосистемой потребления реактивной мощности. Осуществляется это путем изучения режима работы интересующего узла нагрузки, определения необходимых уставок работы стандартных регуляторов в часы максимума и часы, неконтролируемые энергосистемой.Устройство осуществляет также автоматическое переключение этих уставок в установленные часы суток с помощью соответствующих технических средств, 2 ил. (Л С Ч hO О N