Цифроаналоговый синхронизатор Советский патент 1992 года по МПК H02J3/42 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам автомати- ческого включения синхронных генераторов на параллельную работу с сетью.

Известны синхронизаторы, формирующие команду на включение генератора на параллельную работу с сетью при достижении допустимой разности частот, напряжений и допустимой разности фаз между напряжением сети и генератора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является синхронизатор, содержащий формирователи напряжения сети и генератора, блоки измерения периодов сети и генератора генератор высокой частоты, цифроаналоговые преобразователи, вычитающий блок, зэдатчики верхнего и нижнего допусков разности частот и напряжений, компараторы, генератор пилообразного напряжения, задатчик угла опережения, D-триггер, измерители напряжений сети и генератора, механизмы изменения напряжения и оборотов генератора, элемент И и выходную цепь включения генератора.

Сигнал на включение генератора на параллельную работу с сетью выдается только тогда, когда разность частот и разность напряжений лежит в зоне допуска

Недостаток известного устройства состоит в том, что наличие двух цифроэнало- говыхпреобразователейдает

дополнительную пснрешность за счет ело ел со

о

4

жения погрешностей каждого из преобразователей.

На механизмы изменения оборотов и напряжения генератора подается сигнал Включить или Выключить, когда напряжение или обороты вышли за границы допу- ска. Отсутствие сигнала на выходах механизмов, пропорционального величине отклонения напряжения и частоты генератора от частоты-и напряжения системы, ухудшает динамику регулирования.

Цель изобретения - повышение точности, надежности и улучшение динамики регулирования за счет .изменения связей с введением новых блоков.

Поставленная цель достигается тем, что синхронизатор содержит блоки выделения несовпадающих импульсов и управления реверсивным счетчиком, реверсивный счетчик и регистр, причем выходы формировате- лей напряжения сети и генератора подключены соответственно к первому и второму входам блока выделения несовпадающих импульсов, два выхода блока несовпадающих импульсов подключены к первым двум входам блока управления счетчиком, третий вход которого соединен с генератором высокой частоты, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления реверсивным счетчиком соединены соответственно с обратным и прямым входами реверсивного счетчика, с С-входом регистра и входом R сброса реверсивного счетчика, выходы которого через регистр подключены к входам цифроанало- гового преобразователя, выход которого соединен с задатчиком угла опережения, с прямым входом первого компаратора и входом блока изменения оборотов, шестой вход элемента И подключе н к инвертируемому выходу отрицательной разности реверсивного счетчика, причем блок выделения несовпадающих импульсов содержит элемент НЕ, делитель частоты на два, О-триггер, первый и второй элементы И, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с выходом D- триггера и с инверсным выходом делителя частоты на два, второй вход первого элемента И соединен с С-выходом D-триггера и является вторым входом блока, первый вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и через элемент НЕ с входом делителя частоты на два, прямой выход которого подключен к D-входу D-триггера, блок управления реверсивным счетчиком содержит формирователи установки и сброса реверса счета, триггер реверса счета,

первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, формирователь записи в регистр, элемент задержки и формирователь сброса счетчика, при этом первым входом блока является первый вход элемента И, который через формирователь установки триггера соединен с S-входом триггера, R- вход которого через формирователь сброса триггера соединен с первым входом второго

0 элемента И, который является вторым входом блока, выход второго элемента И подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера реверса и вхо5 дом элемента задержки, который соответственно через формирователи записи в регистр и сброса счетчика соединен с третьим и четвертым выходами блока, прямой выход триг гера реверса соединен с вто0 рым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока, второй выход блока -- с выходом второго элемента ИЛИ, третий вход соединен с вторыми входами первого и второго элементов

5 И блока управления.

Кроме того, введенный блок выделения несовпадающих импульсов включает в себя элемент НЕ, делитель частоты на два, D- триггер, первый и второй элементы И.

0 Введенный блок управления счетчиком включает в себя формирователи установки и сброса триггера реверса счета, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, формирователь записи в ре5 гистр, элемент задержки и формирователь сброса счетчика, триггер реверса реверсивного счетчика.

На фиг. 1 дана блок-схема цифроанало- гового синхронизатора: на фиг. 2 и 3 - вре0 менные диаграммы, поясняющие его работу.

Цифроаналоговый синхронизатор включает в себя формирователь 1 напряжения сети, формирователь 2 напряжения ге5 нератора, блок 3 выделения несовпадающих импульсов, генератор 4 высокой частоты, блок 5 управления реверсивным счетчиком, реверсивный счетчик 6, регистр 7, цифроаналоговый преобразова0 тель 8, задатчик нижнего 9 и верхнего 12 допусков оборотов генератора, первый компаратор 10, второй компаратор 11. блок 13 изменения оборотов генератора, задатчик 14 угла опережения, генератор 15 пилооб5 разного напряжения, третий компаратор 16, D-триггер 17, измерители 18 и 19 напряжения системы и напряжения генератора, вычитающее устройство 20, задатчики 21 и 22 верхнего допуска и нижнего допуска напряжения генератора, четвертый компаратор

23, пятый компаратор 24, блок 25 изменения напряжения генератора, элемент И 26 и выходную цепь 27 включения генератора.

Блок выделения несовпадающих импульсов состоит из элемента НЕ 28, делителя 29 частоты на два, D-триггера 30, первого элемента И 31 и второго элемента И 32.

Блок 5 управления реверсивным счетчиком включает в себя формирователь 33 установки триггера реверса счета, первый элемент И 34, второй элемент И 35, формирователь 36 сброса триггера, формирователь 37 записи в регистр, элемент 38 задержки, формирователь 42 сброса счетчика, первый элемент ИЛИ 39, второй элемент ИЛИ 40, триггер 41 реверса счетчика 6.

Условиями включения синхронизируемого генератора на параллельную работу являются: выполнение условий freH.fcncT.; в ы п о л н е н и е условия

Af

д о п.м ин

ft

-f

сист.

f

до п.макс

нижняя и верхняя границы допуска разности частот; выполнение условия иген исист. ±AU;- наличие разрешения от D-триггера в момент, когда сдвиг по фазе между напряжением генератора и сети равен углу опережения на включение выключателя генератора при фактической разности частот тген и тсист.

Регулирование оборотов и напряжения генератора ведется непрерывно, причем интенсивность воздействия на блоки изменения оборотов и частоты генератора пропорциональна сигналам отклонения от заданных значений Af и AU. Так как измерение низких частот, к примеру 50 Гц, с высокой точностью и быстродействием достаточно сложно, то в описываемом синхронизаторе осуществляется измерение не разности частот, а разности периодов генератора и системы.

Для уменьшения погрешности измерения используется один, и тот же реверсивный счетчик 6, который сначала суммирует число импульсов высокой частоты, поданных на его суммирующий вход, в течение периода Теист., потом после окончания измерения Теист, вычитает из записанного числа число импульсов высокой частоты, поданных на его вычитающий вход в течение времени, равного Тген.

После этого в реверсивном счетчике 6 записано число, равное разности числа импульсов, поданных на входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 6. Это число пропорционально разности периодов Toner, и Тген., а так как синхронизатор работает в узкой полосе частот (45-50 Гц), а зона Af лежит в пределах 0,05-0.2 Гц, то можно считать, что число, зафиксированное в сметчике, пропорционально разности частот.

Так как положительные и отрицательные полупериоды напряжений UCUCT и Кген 5 могут совпадать по времени, то процессы сложения и вычитания в счетчике нужно разнести во времени, т.е. выделить несовпадающие положительные и отрицательные полупериоды напряжений UCHCT и иген. 10Временные диаграммы на фиг. 2 поясняют принципы получения разности периодов Теист и . Тген. Синусоидальные напряжения UCHCT системы и 11ген генератора подаются на входы формирователей 1 и 15 2. С выходов этих формирователей снимаются прямоугольные импульсы Ui и IJ2, передние и задние фронты которых соответствуют моментам перехода синусоидальных напряжений исист и Uren через ноль. 0Блок 3 выделения несовпадающих импульсов позволяет получить на своих выходах разнесенные во времени импульсы 11з2 и Кз1, длительность которых соответственно равна длительности импульсов Ui и U2. 5Принято, что на нечетных периодах

Теист, считая от момента совпадения фаз, импульсов Ui и Ifc, будет осуществляться сложение в счетчике 6, а на четных - вычитание.

0 Импульсы LJ29 и Dag, соответствующие нечетным и четным периодам ТСИст, формируются на прямом и инверсном выходах делителя 29 частоты на два.

Начало периодаТГист ведется от заднего 5 фронта импульса Ui, а так как в реальном случае делитель 29 срабатывает по передним фронтам импульсов на его входе, то необходимо применение элемента НЕ 28. Импульсы U29 и U29 тактируют интервалы 0 измерений длительности импульса, но не дают информации о том. можно ли начинать измерение длительности импульса Ui. Например, на периоде Тд будет измерена только часть длительности импульса U2- 5 Разнести во времени импульсы Ui и U2 дзет возможность комбинация тактируемого фронтом D-триггера и элементов И 31 и 32. Информация на входе D D-триггера записывается в триггер передним фронтом 0 импульсов на входе.

Как видно из диаграммы, на входах блока 3 получены несовпадающие во времени импульсы U31HU32 по длительности равные импульсам U2 и Ui.

5 Реверсивный счетчик б выполняет операцию сложения в том случае, если на его обратный вход -1 подана 1, а импульсы счета поданы на прямой вход +1

При вычитании 1 должна присутствовать на прямом входе +1, а импульсы счета подаются на вход -Г.

Обнуление счетчика происходит по входу R сброса положительным импульсом.

Если на обратный вход -1 будет подано большее число импульсов, чем записано по входу +1, то на инверсном выходе отрицательной разности счетчика появится О, а результат будет выдан в инверсном коде. Блок 5 управления реверсивным счетчиком по сигналам от блока 3 осуществляет требуемый алгоритм работы счетчика 6.

По задним фронтам импульсов IJ31 и IJ32 формирователи 33 и 36 установки и сброса формируют короткие импульсы установки бзз и сброса Use, управляющие триггером41 реверса. Число импульсов высокой частоты от генератора 4, пропорциональное длительностям импульсов Ui и Da, снимается с выходов, элементов И 35 и 34. Комбинация триггера реверса и схем ИЛИ 39 и 40 позволяет тактировать операции сложения и вычитания по импульсам Уз2 и DSL Так, импульсы U41 и Узэ совпадают по времени и в течение этих импульсов на входе -1 счетчика 6 удерживается 1, идет суммирование числа импульсов с выхода элемента И 35 через элемент ИЛИ 40 (длительность импульса Ui). На втором входе элемента ИЛИ 40 в это время прису гствует О.

Импульсы U/io и U41 также совпадают по времени, и в течение длительности импульса идет вычитание числа импульсов с выхода элемента ИЛИ 39 (длительность импульса U2).

На втором входе элемента ИЛИ 39 в это время присутствует О.

Чтобы разнести во времени моменты окончания счета и переноса содержимого счетчика в регистр 7 после операции вычитания использован формирователь 38 задержки, на выходе которого формируется импульс Узе по заднему фронту импульса lUi (конец операции вычитания).

Задним фронтом импульса задержки Узе запускается формирователь 37 импульса записи содержимого счетчика в регистр 7.

После того, как запись в регистр 7 произведена, счетчик обнуляется импульсами U42 с выхода формирователя 42 сброса счетчика 6.

Формирователь 42 сброса запускается задним фронтом импульса Us.

Описанный процесс повторяется на каждом периоде импульсов LMi от триггера 41 реверса.

Временные диаграммы на Фиг. 2 даны для случая Тген сист. Когда ген теист, описанные процессы будут протекать аналогичным образом, но результат на выходе счетчика будет в инверсном коде, а на инвертирующем выходе счетчика будет О, что является запретом на включение генератора на параллельную работу.

С выхода регистра 7 код счетчика, пропорциональный разности Теист - Тген подается на входы цифроаналогового преобразователя 8, напряжение на выходе которого пропорционально разности Тсист Тген ДТ.

Это напряжение подается на входы компараторов 10 и 11, где сравнивается с напряжением от задатчиков нижнего и

верхнего допуска разности ДТ. Если ДТ не выходит за границы допуска, то с компараторов 10 и 11 снимаются 1 (разрешение) на первый и второй входы элемента И 26. Напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя подается на вход блока 13 изменения оборотов.

Блок изменения оборотов генератора должен включать в себя задатчик значения Af и вычитающее устройство, с выхода которого будет снят сигнал, пропорциональный отклонению Af от уставки.

Этот сигнал с учетом знака отклонения и будет управлять блоком изменения оборотов.

Напряжения UCUCT и (Леи, измеренные измерителями 18 и 19, подаются на вычитающее устройство 20, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное разности UCHCT-UreH Ди. Знак этого напряжения зависит от знака Ди. На компараторах 23 и 24 осуществляется сравнение напряжения с выхода вычитающего устройства 20 с напряжением от задатчика верхнего и нижнего допуска.

Если Ди в допуске, то с компараторов

23 и 24 снимаются 1 (разрешение по напряжению иген.)на входы элемента И 26. Управление блоком изменения напряжения генератора аналогично управлению блоком

изменения оборотов.

Угол опережения на включение выключателя генератора регулируется в зависимости от значения ДТ, т.е. от напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя

0 Ј. Задатчик 14 времени опережения дает напряжение Ui4, устанавливаемое в зависимости от времени включения конкретного масляного выключателя генератора

Напряжение с выхода задатчика тем

5 больше, чем больше ДТ, и наоборот.

В начале каждого периода Ксист передним фронтом импульса Ui от формировате- ля 1 запускается генератор 15 пилообразного напряжения, с выхода которого снимается линейно нарастающее напряжение U15, до тех пор, пока это напряже- ние не сравняется с напряжением задатчика Ui4, на входе компаратора 16 удерживается 1.

В момент равенства компаратор меняет свое состояние и на его выходе присутствует О.

Разрешение на включение генератора по углу опережения формируется на Ь-триг- гере 17. на входе которого появляется 1 в тот момент, когда передний фронт импульса U2 попадает в импульс Uie.

Таким образом, угол опережения, отсчитываемый от переднего фронта импуль- са Уз, регулируется так. что время от момента выдачи команды на включение выключателя генератора до момента совпадения фаз UCUCT и Уген остается постоянным и равным времени включения выключателя во всем диапазоне допустимых значений ДТ.

Предлагаемый синхронизатор по сравнению с известным имеет следующие преимущества:

вместо двух независимых каналов изме- рения периодов системы и генератора со своими цифроаналоговыми преобразователями в каждом канале использован один поочередно переключаемый канал с одним цифроанаяоговым преобразователем, что позволяет уменьшить погрешность при определении разности периодов системы и генератора;

обеспечена необходимая точность измерения разности периодов за счет приме- нения генератора высокой частоты с частотой импульсов в несколько мегагерц и многоразрядных счетчиков, поэтому применение одного канала, на выходе которого фиксируется разность периодов, сущест- венно уменьшает число элементов в синхронизаторе и увеличивает его надежность;

возможность пропорционального регулирования по отклонению заданных значений разности частот и напряжений генератора и системы улучшает динамику регулирования оборотов и напряжения генератора.

Формула изобретения

Цифроаналоговый синхронизатор, со- держащий формирователи напряжения сети и генератора, генератор высокой частоты, задатчики нижнего и верхнего допусков разности частот генератора и сети, пять компараторов, блок изменения оборо- тов генератора, измерители напряжений сети и генератора, вычитающий блок, задатчики нижнего и верхнего допусков разности напряжений генератора и сети, блок изменения напряжения генератора,

цифроаналоговый преобразователь, генератор пилообразного напряжения, задатчик угла опережения, D-триггер, элемент И и цепь включения генератора, при этом измерители напряжений сети и генератора, входами подключенные к соответствующим напряжениям, выходами подключены к вычитающему блоку, выход которого подключен к блоку изменения напряжения генератора и первым входам четвертого и пятого компаратороз, к вторым входам которых подключены выходы задатчиков соответственно верхнего и нижнего допусков напряжения генератора, выходы четвертого и пятого компараторов подключены соответственно к четвертому и пятому входам элемента И, выход которого подключен к цепи включения генератора, выход формирователя напряжения генератора подключен к С-входу D-триггера, к другому входу которого подключен выход третьего компаратора, первый вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, вход которого подключен к выходу формирователя напряжения сети, второй вход третьего компаратора подключен к выходу задатчика угла опережения, выход D- триггера подключен к третьему входу элемента И, прямой вход первого компаратора соединен с инверсным входом второго компаратора, к инверсному входу первого компаратора подключен задатчик нижнего допуска оборотов генератора, к прямому входу второго компаратора подключен задатчик верхнего допуска оборотов генера- то ра, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к первому и второму входам элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности синхронизатора и повышения его надежности, в него введены блоки выделения несовпадающих импульсов и управления реверсивным счетчиком, реверсивный счетчик и регистр, причем выходы формирователей напряжения сети и генератора подключены соответственно к первому и второму входам блока выделения несовпадающих импульсов, два выхода блока несовпадающих импульсов подключены к первым двумя входам блока управления счетчиком, третий вход которого соединен с генератором высокой частоты, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления реверсивным счетчиком соединены соответственно с обратным и прямым входами реверсивного счетчика, С- входом регистра и входом R сброса реверсивного счетчика, выходы которых через регистр подключены к входам цифроанало- гового преобразователе, выход которого соединен с задатчиком угла опережения, с прямым входом первого компаратора и входом блока изменения оборотов, шестой вход элемента И подключен к инвертируемому выходу отрицательной разности ре- версивного счетчика, причем блок выделения несовпадающих импульсов содержит элемент НЕ, делитель частоты на два, D-триггер, первый и второй элементы И, выходы которых являются соответствен- но первым и вторым выходами блока, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с выходом D- триггера и инверсным выходом делителя частоты на два, второй вход первого элемента И соединен с С-входом Г триггера и является вторым входом блока, первый вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и через элемент НЕ с входом делителя частоты на два. прямой выход ко- торого подключен к D-входу D-триггера, блок управления реверсивным счетчиком содержит формирователи установки и сброса триггера реверса счета, триггер реверса счета, первый и второй элементы И, первый

и второй элементы ИЛИ, формирователь записи в регистр, элемент задержки и формирователь сброса счетчика, при этом первым входом блока является первый вход первого элемента И, который через формирователь установки триггера соединен с S-входом триггера, R-вход которого через формирователь сброса триггера соединен с первым входом второго элемента И, который является вторым входом блока, выход второго элемента И подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера реверса и входом элемента задержки, который соответственно через формирователи записи в регистр и сброса счетчика соединен с третьим и четвертым выходами блока, прямой выход триггера реверса соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блока, второй выход блока - с выходом второго элемента ИЛИ, третий вход соединен с вторыми входами первого и второго элементов И блока управления.

Использование: в электроэнергетике, в устройствах автоматического включения синхронных генераторов на параллельную работу с сетью. Сущность изобретения: цифроаналоговый синхронизатор, содержащий формирователи напряжения сети и генератора, блок выделения несовпадающих импульсов, генератор высокой частоты, блок управления счетчиком, реверсивный счетчик, регистр, цифроаналоговый преобразователь, задатчик нижнего и верхнего допусков оборотов генератора, первый и второй компараторы, механизмы изменения оборотов генератора и напряжения генератора, задатчик угла опережения, генератор пилообразного напряжения, третий, четвертый и пятый компараторы, D- триггер, измерители напряжения сети и генератора, вычитающее устройство, задатчик верхнего и нижнего допусков напряжения генератора, схему И и выходную цепь включения генератора. Цель - повышение точности и надежности за счет введения блоков выделения несовпадающих импульсов, управления реверсивным счетчиком, реверсивного счетчика и регистра 3 . 00 с

27

N «V)

I