Устройство для компенсации реактивной мощности Советский патент 1992 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к промышленной электронике и может быть использовано в тиристорных и синхронных компенсаторах реактивной мощности, которые обеспечивают на заданном уровне коэффициент мощности как при индуктивном, так и при емкостном характере нагрузки в электрических сетях, при этом быстродействие устройства обеспечивается максимальным.

Известно устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее источник реактивной мощности (п секций конден- сэторных батарей), датчик реактивной мощности, два пороговых элемента, два компаратора, интегральный повторитель, инвертор, схему несовпадений, элемент выдержки времени, две двухвходовые схемы совпадений ИЛИ, схему стробирования,

цифроаналоговый преобразователь, задающий генератор, трехвходовую схему совпадений, реверсивный двоичный счетчик, схемы ограничения прямого и обратного счета, дешифратор, переключатель режима работы, формирователь сигналов включения и отключения секций конденсаторных батарей.

Известное устройство, вырабатывая управляющие сигналы в цифровой форме на подключение секций конденсаторных батарей и обеспечивая необходимую комбинацию сразу без дополнительных промежуточных переключений, вместе с тем не имеет автоматического переключателя, обеспечивающего изменение характера реактивной мощности, вырабатываемой источником реактивной мощности (ИРМ) при изменении ее характера в питающей сети.

vj 4 О 1 О OJ

является сложным и, как следствие, ненадежным ввиду первоначального преобразования сигналов датчиков тока и напряжения датчиком реактивной мощности (ДРМ) в аналоговый сигнал с приведением его к цифровому виду путем выделения определенных уровней в пороговых элементах, сравнения его в компараторах, преобразования в цифроаналоговом преобразователе (ЦАП), а также неизбежных частичных потерь первоначальной информации. Кроме того, необходима настройка пороговых элементов, двухуровневых компараторов, ЦАП, интегрального повторителя.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства регулирования коэффициента мощности,

Поставленная цель достигается тем, что устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее источник реактивной мощности, подключенный к сети, задающий генератор, реверсивный двоичный счетчик, выход которого соединен с вход- . ом схемы ограничения обратного счета, а через схему ограничения прямого счета - с входом запрета реверсивного счетчика, переключатель режима работы с входом стро- бирования, двухвходовую схему совпадений, два компаратора, трехвходо- вую схему совпадений, снабжено датчиком напряжения и датчиком тока, между выходными зажимами которого включено два последовательно соединенных резистора, формирователем прямоугольных импульсов, формирователем строб-импульсов, двумя задатчиками фазового рассогласования, блоком распознавания знака реактивной мощности в электрической сети, состоящим из двух D-триггеров и двух знаковых индикаторов регистрации соответственно индуктивного и емкостного тока нагрузки в сети, второй трехвходовой схемой совпадения, а переключатель режима работы содержит IK-триггер, два элемента 2И, два элемента 2И-НЕ, инвертор и элемент ЗИ-НЕ, причем входы формирователя прямоугольных импульсов подключены к выходам датчика напряжения, входы компараторов соединены с задатчиками фазового рассогласования и выходами датчика тока, средняя точка двух последовательно соединенных резисторов соединена с общими входами компараторов тока и одним из входов формирователя прямоугольных импульсов, выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом формирователя строб-импульсов и первыми входами первой и второй трехвходовых схем совпадения,выходформирователя строб-импульсов подключен к входам синхронизации двух D-триггеров и IK-триггера, к выходам компаратора тока подключены D- входы D-триггеров блока распознавания знака реактивной мощности и вторые входы

первой и второй трехвходовых схем совпадения соответственно, прямые выходы D- триггеров подключены к знаковым индикаторам регистрации соответственно индуктивного и емкостного тока в сети и к

0 двум входам двухвходовой схемы совпадения, выход которой соединен с входом параллельного разрешения счета реверсивного счетчика, инверсные выходы D-триггеров соединены соответственно с

5 первыми входами элементов 2И и 2И-НЕ переключателя режима работы и третьими входами первой и второй трехвходовых схем совпадения, а выходы трехвходовых схем совпадения подключены к входу разре0 шения задающего генератора, выход задающего генератора соединен с входом синхронизации реверсивного двоичного счетчика, выход счетчика соединен с входами управления мощностью источника реак5 тивной мощности, вторые входы элементов 2И переключателя режима работы через инвертор соединены с выходом схемы ограничения обратного счета и первым входом элемента ЗИ-НЕ, выходы элементов 2И со0 единены соответственно с входами I и К IK-триггера, прямой выход IK- триггера подключен к второму входу элемента 2И-НЕ переключателя режима работы и входу управления характером реактивной мощности

5 источника реактивной мощности, а инверсный выход IK-триггера - к второму входу второго элемента 2И-НЕ, выходы обоихэле- ментов 2И-НЕ соединены с вторым и третьим входами трехвходового элемента

0 ЗИ-НЕ, выход которого связан с входом переключения направления счета реверсивного двоичного счетчика.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные

5 диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу автоматического переключателя режима работы ИРМ.

Устройство содержит датчик 1 напряже0 ния, датчик 2 тока, два последовательно соединенных резистора R, формирователь 3 прямоугольных импульсов, соответствующих положительным полуволнам сетевого напряжения, формирователь 4 строб-им5 пульсов начала положительной полуволны сетевого напряжения, компараторы 5 и b тока с задатчиками 7 и 8 фазового рассогласования регистрации индуктивного и емкостного тока в сети, блок 9 распознавания знака реактивной мощности, содержащий

два D-триггера 10 и 11 и два знаковых индикатора 12 и 13 регистрации соответственно индуктивного и емкостного тока нагрузки в сети, двухвходовую схему совпадений 2И 14, первую 15 и вторую 16 трехвходовые схемы совпадений, задающий генератор 17, реверсивный двоичный счетчик 18, схемы ограничения прямого 19 и обратного 20 счета, переключатель 21 режима работы ИРМ, состоящий из IK-триггера 22 с двумя двухвходовыми элементами 2И 23 и 24 на входах и К соответственно и двумя двухвходовыми элементами 2И-НЕ 25 и 26 на прямом и инверсных выходах, инвертора 27 и трехвходовой схемы ЗИ-НЕ 28 управления переключением направления счета реверсивного счетчика 18 и источник 29 реактивной мощности (ИРМ).

Устройство работает следующим образом.

В момент времени to (фиг. 2) в электрической сети имеет место баланс реактивной мощности; при этом противофазные входные сигналы датчиков 2 тока U2-1 и U2-2 также равны нулю, на выходе компараторов 5 и 6 с учетом положения задатчиков 7 и 8 фазового рассогласования присутствуют уровни логической единицы (фиг.2, U5, U6), которые положительным строб-импульсом с формирователя 4 (фиг. 2, U4) переписываются в D-триггеры 10 и 11 блока 9 распознавания знака реактивной мощности (фиг. 2, U10, U11). При этом знаковые индикаторы 12 и 13 информацию о знаке реактивной мощности в сети не отображают, высоким логическим уровнем с выхода схемы 14 совпадений счет импульсов в счетчике 18 запрещен, низкие логические уровни с инверсных выходов триггеров 10 и 11 через элементы 23 и 24 поступают на входы I и К IK-триггера 22 (фиг. 3, to, U23, U24), при этом строб-импульсом U4 (фиг. 3) состояние выходных сигналов IK-триггера не изменяется (режим хранения информации), Низким логическим уровнем с прямого выхода IK- триггера 22 возбудитель синхронного компенсатора (далее для приема рассматривается в качестве ИРМ 29 синхронный компенсатор) переводится в режим недо- возбуждения на потребление из сети по командам двоичного кода на входах DO-D3 отстающего (индуктивного) тока, при этом входным двоичным кодом 0000 потребление реактивного тока синхронным компенсатором запрещено.

Прохождение импульсов от задающего генератора 17 на тактовый вход счетчика 18 также запрещено, так как на выходе первой 15 и второй 16 трехвходовых схем совпадения присутствуют низкие логические уровни (фиг. 2, U15, U16).

В следующий период (фиг. 2, ti) вектор тока нагрузки электрической сети отстает от 5 вектора напряжения. При этом при указанной на фиг. 1 полярности соединения обмоток датчиков напряжения 1 и тока 2 положительный потенциал в этот момент времени будет на входе компаратора 5 (фиг.

0 2, ti, U2-1). Строб-импульсом с блока 4 уровень логического О с выхода компаратора 5 записывается в триггер 10, низкий логический уровень с выхода элемента 14 разрешает подсчет импульсов по тактовому входу

5 счетчика 18 (фиг. 3, момент времени ti. U14), при этом высокий логический уровень, сохраняющийся на выходе элемента 28 (фиг. 3, ti, U28), разрешает по входу U/Б увеличение содержимого счетчика 18.

0 Высокий логический уровень с выхода элемента 15 совпадений разрешает прохождение импульсов записи с задающего генератора 17 на счетный вход счетчика 18, при этом время, в течение которого эти импуль5 сы будут поступать на вход счетчика 18, определяется длительностью истинного фазового рассогласования между напряжением сети и током нагрузки между фронтом импульса U3 (фиг. 2, U3, момент времени ti)

0 и фронтом импульса Ц5(фиг. 2, U5, момент времени ta). В течение этого времени (фиг. 2, интервал ) необходимое для компенсации имеющей место реактивной (индуктивной) мощности число импульсов запишется в

5 счетчик 18 и поступит на изменение потока возбуждения синхронного компенсатора 29(ИРМ).

Компенсатор потребляет из сети емкостный ток, так как в момент ti высоким логи0 ческим уровнем с выхода D-триггера 10 будет записана в триггер 22 информация высокого логического уровня на прямом выходе (фиг. 3, ti, U22) и компенсатор был переведен в режим перевозбуждения на по5 требление по командам двоичного кода на входах DO-D3 опережающего (емкостного) тока (фиг. 3, ti. U22).

При этом баланс реактивной мощности изменяется и величина реактивного тока с

0 выхода датчика 2 тока уменьшается ниже порога чувствительности компараторов 5 и 6.

Выходной сигнал компаратора 5 в момент времени t3 (фиг. 2) опять станет высо5 ким, и строб-импульсом с формирователя 4 высокий логический уровень запишется в триггер 10 (фиг. 2, ta, U10), при этом знаковый индикатор 12 гаснет, а высокий логический уровень с выхода схемы 14 совпадений (фиг. 2, 1з, U15) запрещает по входу СЕР

счетчика 18 счет импульсов по тактовому входу. Состояние выходов К-триггера22 не изменяется, так как в момент 1з (фиг. 2) прихода строб-импульса с формирователя 4 (фиг. 2, U4) на I- и «.-входах триггера 22 будут низкие логические уровни и триггер хранит ранее записанную информацию.

Предположим, в момент времени тл (фиг. 2) произошел сброс реактивной индуктивной мощности - в электрической сети появился ее избыток. При этом низкий уровень с выхода компаратора 6 (фиг.2, ц) за- писывается в триггер 11, знаковый индикатор 13 отображает наличие в сети емкостного тока нагрузки, низкий логический уровень с выхода схемы 15 совпадений разрешает по входу СЕР счетчика 18 счет импульсов по тактовому входу (фиг. 2, ы, U15), низкий логический уровень с выхода элемента ЗИ-НЕ 28 разрешает по тактовому входу счетчика 18 уменьшение содержимого счетчика.

В интервале ts-te (фиг. 2) необходимое для компенсации появившегося избытка реактивной мощности число импульсов поступит на тактовый вход счетчика 18. уменьшая его выходное двоичное число и, соответственно, уменьшится потребление емкостного тока ИРМ 29. При дальнейшем увеличении избытка реактивной мощности в сети на выходе счетчика 18 записываются низкие логические уровни (фиг. 3, ta, U18), низкий логический уровень с выхода схемы 20 ограничения обратного счета (фиг. 3, ts, U20) поступает на первый вход элемента ЗИ-НЕ 28, уровень логической единицы с его выхода разрешает по входу U/Б увеличение содержимого счетчика 18, а через инвертор 27 строб-импульсом с формирователя 4 переключает сигналы на выходах 1К-триггера 22 на противоположные (фиг. 3, U22, U22), переводя низким логическим уровнем с прямого выхода ИО-триггера 22 возбудитель ИРМ 29 в режим недовозбуждения, и при поступлении на вход счетчика 18 в интервале времени (фиг. 2) необходимого для компенсации избытка реактивной мощности числа импульсов выходной двоичный код счетчика 18 увеличится и компенсатор 29 будет потреблять из сети индуктивный ток.

Необходимый алгоритм управления ИРМ 29 и счетчиком 18 определяется таблицей истинности, где Х1 - режим работы электрической сети с недостатком реактивной мощности (индуктивное рассогласование);

Х1 - то же, с избытком реактивной мощности (емкостное рассогласование);

Х2 - высокий логический уровень на входе U/Б счетчика 18 - в счетчик разрешается увеличение двоичного числа;

Х2 - низкий логический уровень на вхо- де U/Б счетчика 18 - в счетчике разрешается уменьшение выходного двоичного числа; ХЗ - на двоичных выходах счетчика 18 низкие логические уровни; ХЗ - выходной двоичный код счетчика отли- чается от нуля;

Х4 - на входе Е управления характером реактивной мощности ИРМ низкий логический уровень - компенсатор потребляет отстающий индуктивный ток; Х4 - то же, высокий логический уровень - компенсатор потребляет опережающий ток, при этом логические выражения имеют вид:

если ХЗ, то Х2

если ХЗ, то Х2 или Х2 еслиХЗ, Х1.тоХ4

еслиХЗ, Х1,тоХ4

еслиХЗ, Х1,тоХ2,Х4

еслиХЗ, Х1,тоХ2.Х4

еслиХЗ, Х1, то Х2.Х4 еслиХЗ, Х1. то Х2, Х4

Формула изобретения Устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее источник реактивной мощности, подключенный к сети, задающий генератор, реверсивный двоичный счетчик, выход которого соединен с входом схемы ограничения обратного счета, а через схему ограничения прямого счета - с

входом запрета реверсивного счетчика, переключатель режима работы с входом стро- бирования, двухвходовую схему совпадений, два компаратора, трехвходо- вую схему совпадений, отличающеес я тем, что, с целью повышения надежности работы, оно снабжено датчиком напряжения и датчиком тока, между выходными зажимами которого включено два последовательно соединенных резистора,

формирователем прямоугольных импульсов, формирователем строб-импульсов, двумя задатчиками фазового рассогласования, блоком распознавания знака реактивной мощности в электрической сети, состоящим

из двух D-триггеров и двух знаковых индикаторов регистрации соответственно индуктивности и емкостного тока нагрузки в сети, второй трехвходовой схемой совпадения, а переключатель режима работы содержит IKтриггер, два элемента 2И, два элемента 2И- НЕ, инвертор и элемент ЗИ-НЕ, причем входы формирователя прямоугольных импульсов подключены к выходам датчика напряжения, входы компараторов соединены с задатчиками фазового рассогласования и

выходами датчика тока, средня точка двух последовательно соединенных резисторов соединена с общими входами компараторов тока и одним из входов формирователя прямоугольных импульсов, выход формирова- теля прямоугольных импульсов соединен с входом формирователя строб-импульсов и первыми входами первой и второй трехвходовых .схем совпадения, выход формирователя строб-импульсов подключен к входам синхронизации двух D-триггеров и IK-триггера, к выходам компараторов тока подключены D-входы D-триггеров блока распознавания знака реактивной мощности и вторые входы первой и второй трехвходо- вых схем совпадения соответственно, прямые выходы D-триггеров подключены к знаковым индикаторам регистрации соответственно индуктивного и емкостного тока в сети и к двум входам двухвходовой схемы совпадения, выход которой соединен с входом параллельного разрешения счета реверсивного счетчика, инверсные выходы D- триггеров соединены соответственно с первыми входами элементов 2И и 2И-НЕ переключателя режима работы и третьими

входами первой и второй трехвходовых схем совпадения, а выходы трехвходовых схем совпадения подключены к входу разрешения задающего генератора, выход задающего генератора соединен с входом синхронизации реверсивного двоичного счетчика, выход счетчика соединен с входами управления мощностью источника реактивной мощности, вторые входы элементов 2И переключателя режима работы через инвертор соединены с выходом схемы ограничения обратного счета и первым входом элемента ЗИ-НБ, выходы элементов 2 И соединены соответственно с входами I и К IK-триггера, прямой выход IK-триггера подключен к второму входу элемента 2И-НЕ переключателя режима работы и входу управления характером реактивной мощности источника реактивной мощности, а инверсный выход IK-триггера - к второму входу второго элемента 2И-НЕ, выходы обоих элементов 2И-НЕ соединены с вторым и третьим входами трехвходового элемента ЗИ-НЕ, выход которого связан с входом переключения направления счета реверсивного двоичного счетчика.

I I I I I I I I I I I

JL

1 fF

JL

JL

1 fF

JL

Устройство для компенсации реактивной мощности. Область использования: в тиристорных и синхронных компенсаторах реактивной мощности, которые обеспечивают на заданном уровне коэффициент мощности как при индуктивном, так и при емкостном характере нагрузки в электрических сетях. Сущность изобретения: устройство содержит источник реактивной мощности, подключенный к сети, задающий генератор, реверсивный двоичный счетчик, выход которого соединен с входом схемы ограничения обратного счета, а через схему ограничения прямого счета с входом запрета реверсивного счетчика, переключатель режима работы с входом стробиро- вания, двухвходовую схему совпадений, два компаратора, трехвходовую схему совпадений. Новым в устройстве является датчик напряжения и датчик тока, между выходными зажимами которого включено два после- довательно соединенных резистора, формирователь прямоугольных импульсов, формирователь строб-импульсов, два задат- чика фазового рассогласования, блок распознавания знака реактивной мощности в электрической сети, состоящий из двух D- триггеров и двух знаковых индикаторов регистрации соответственно индуктивного и емкостного тока нагрузки в сети. 3 ил. SvC Ё

Чч

чЗteJ