Синхронизатор с постоянным временем опережения Советский патент 1992 года по МПК H02J3/42 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для включения на параллельную работу синхронных генераторов.

Известен синхронизатор с постоянным временем опережения, содержащий блок преобразования угла сдвига фаз синхронизируемых напряжений в импульсную последовательность, измерительно-вычислительный блок, выполненный из двух суммирующих и трех интегрирующих Операционных усилителей и логический блок на выходе синхронизатора. Основным недостатком этого устройства является низкая точность его работы. Это связано со следующим. Для определения величины текущего угла б, скорости ftfe и ускорения е s скольжения в синхронизаторе используются три последовательно включенные интегрирующие усилители, охваченные обратными связями так, что их результирующая передаточная функция соответствует звену третьего порядка вида К

W{p)

ap3 + bp2+cp + 1

(1)

где К- коэффициент усиления;

а,Ь,с - коэффициенты при производных;

р -т-- оператор дифференцирования.

С одной стороны звено, описываемое выражением (1), имеет вполне определенную полосу пропускания, зависящую от выбора коэффициентов а, Ь, е, и представляет собой активный фильтр. Напряжение на его выходе {йа выходе третьего интегрирующего операционного усилителя) пропорционально текущему углу сдвига фаз между синхронизируемыми напряжениями Uc и Ur. В связи с тем. что в этом усилителе осуществляется операция интегрирования, на его входе, т.е. на выходе второго интегрирующего операционного усилителя, напряжение пропорционально угловой частоте скольжения. Очевидно также, что на выходе первого интегрирующего операционного усилителя напряжение пропорционально угловому ускорению скольжения.

С другой стороны,звено, описываемое выражением (1). представляет собой вычислительное устройство, позволяющее решить линейное дифференциальное уравнение третьего порядка. Общее решение такого уравнения # обычно представляют в виде

X Xi+X2 -(2)

где х частное решение дифференциального уравнения без правой части;

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

%2 частное решение дифференциального уравнения с правой частью.

Вид функции Ј 1 полностью определяется соотношением коэффициентов а, Ь, с при производных. Вид функции зависит от вида правой части дифференциального уравнения, т.е. в рассматриваемом нами случае - от закона изменения напряжения с выхода блока преобразования угла сдвига фаз в импульсную последовательность. Для подавления составляющей # 1 необходимо соответствующим образом подбирать коэффициенты а, Ь, с, чтобы исключить колебательный характер изменения величины % 1 и обеспечить быстрое затухание апериодических составляющих этой величины. Для выполнения таких требований необходимо, чтобы коэффициенты а, Ь, и с отличались друг от друга на несколько порядков, что часто физически очень трудно реализуемо. Вместе с тем подавить составляющую %1 полностью даже в случае физически трудно реализуемого подбора величин а, Ь, и с не удается. В связи с этим результат решения зависит от #1, а значит, эта составляющая влияет на точность определения величин 5i ,ws,Јs.

Цель изобретения - повышение точности работы синхронизатора.

Это достигается тем, что в синхронизатор с постоянным временем опережения в состав измерительно-вычислительного блока дополнительно введены три последовательно включенных интегрирующих операционных усилителя, три блока вычитания и третий суммирующий операционный усилитель, вход которого подключен к выходу блока преобразования угла сдвига фаз. синхронизируемых напряжений в импульсную последовательность, а выход - к входу четвертого интегрирующего операционного усилителя, к другим входам которого подключены выходы четвертого, пятого и шестого интегрирующих операционных усилителей, входы пятого и шестого интегрирующих операционных усилителей присоединены соответственно к выходам четвертого и пятого интегрирующих операционных усилителей, к входам первого блока вычитания подключены выходы первого и четвертого интегрирующих усилителей, к входам второго блока вычитания подключены выходы второго и пятого интегрирующих усилителей, а к входам третьего блока вычитания подключены выходы третьего и шестого интегрирующих усилителей, к входам первого суммирующего усилителя подключены выходы первого и второго блока вычитания, а к входам второго суммирующего

усилителя подключены выходы первого, второго и третьего блоков вычитания.

Введенные в систему элементы обеспечивают следующее:

Четвертый, пятый и шестой интегрирующие операционные усилители образуют второй активный фильтр, передаточная функция которого такая же, как и у первого активного фильтра. Третий суммирующий операционный усилитель позволяет осуществить подачу на вход второго активного фильтра сигнала, прямо пропорционального сигналу на входе первого активного фильтра и отличающемуся от него в п раз. В результате этого напряжения на входах четвертого, пятого и шестого интегрирующих операционных усилителей отличаются от соответствующих напряжений на выходах первого, второго и третьего интегрирующих операционных усилителей только величиной, определяемой составляющей 2 и коэффициентом п.

В первом, втором и третьем блоках вычитания производится подавление сигналов, определяемых составляющей %i, в результате чего устраняется ее влияние на измеряемые значения величин текущего угла, скорости и ускорения скольжения.

Введение новых элементов и связей между ними позволяет получить положительный эффект, заключающийся в повышении точности работы синхронизатора.

Сущность изобретения состоит в повышении точности работы синхронизатора путем подавления влияния свободных составляющих на результат определения значений текущего угла между синхронизируемыми напряжениями, скорости и ускорения скольжения.

На чертеже приведена схема предлагаемого синхронизатора,

Приняты следующие обозначения:

1 - блок преобразования угла сдвига фаз синхронизируемых напряжений в импульсную последовательность;

2,3,4 - первый, второй и третий интегрирующие операционные усилители, образующие первый активный фильтр 5;

б - второй активный фильтр, образованный четвертым, пятым и шестым интегрирующими операционными усилителями 7,8,9;

10 - третий суммирующий операционный усилитель;

11,12,13 - первый, второй и третий блоки вычитания;

14,15 - первый и второй суммирующие операционные усилители;

16 - измерительно-вычислительный блок;

17- логический блок;

18- цепь включения выключателя генератора.

Кроме того, показаны физические вели- чины, которым пропорциональны действующие в схеме напряжения.

На вход блока 1 преобразования угла сдвига фаз в импульсную последовательность подаются синусоидальные синхрони0 зируемые напряжения сети 1)с и генератора Ur. С выхода блока снимается напряжение Ue, пропорциональное текущему углу сдвига фаз 5. Напряжение 11б подается на первый активный фильтр 5 непосредственно, а

5 на второй активный фильтр 6 - через третий суммирующий операционный усилитель 10, обеспечивающий усиление входного сигнала в п раз. Оба активных фильтра имеют одинаковые передаточные функции, соот0 ветствующие звену третьего порядка и описываемые выражением (1).

В связи с тем, что входной сигнал, поданный на активные фильтры, отличается величиной коэффициента пропорционэль5 ности п, сигналы, пропорциональные Јsi, Јs2 . , Ws2 , 5i, 62 и снимаемые с выходов интегрирующих операционных усилителей, имеют одинаковые собственные составляющие Ј1 ,#1 ,%i и разные вы0 нужденные составляющие $1 ,#22 ,1 ,

#22, &,%а. Сигналы с выходов блоков вычитания, на вход которых подаются сигналы пропорциональные: Јsi,Јs2 - на вход первого 5 блока вычитания; й si , a) S2 на вход второго блока вычитания; д , 62 - на вход третьего блока вычитания, не содержат свободных составляющих, пропорциональных углу, скорости и ускорению скольжения. Эти сигналы подаются на вход первого 14 и второго 15 суммирующих операционных усилителей. В первом из них производится вычисление расчетной скорости скольжения О) spam ПО формуле

Ш 5расч (О s + 6 s .(3)

где teKn - время включения выключателя генератора.

Во втором суммирующем операцион- П ном усилителе производится вычисление расчетного угла (5расч по формуле

драсч 5-Ь У8-Т.Вкл+Ј - (4)

Выходные напряжения первого и второ- 5 го суммирующих операционных усилителей вместе с напряжениями, пропорциональными допустимым значениям угла включения йдоп и скорости скольжения о) 8доп, подаются на входы логического блока 17, реализующего следующие условия:

5

717757948

5Расч 5доп; .(Оярасч У8доп. (5)жения, что позволяет посредством вычитаЕсли условия (5) выполняются, то логи- ния исключить практически полное их влия- ческий блок вырабатывает команду на вклю- ние на измеренные значения угла, скорости чение выключателя генератора, и ускорения скольжения, подаваемую в цепь включения 18. Изобре- 5

тение позволяет в отличие от основного изо-Формула изобретения

бретения повысить точность определенияСинхронизатор с постоянным временем

угла, угловой скорости и ускорения скольже- опережения по авт.св. № 940269, о т л и- ния. Исключены операции дифференциро- чающийся тем. что, с целью повышения вания, сопровождающиеся большими 10 точности работы синхронизатора, в состав сигналами помехи по переднему и заднему измерительно-вычислительного блока вве- фронтам импульсов импульсной последова- дены три последовательно включенных ин- тельности с выхода преобразователя угла тегрирующих операционных усилителя- сдвига фаз. Вместе с тем, по предлагаемому четвертый, пятый и шестой, три блока вычи- изобретению облегчаются условия выбора 15 тания и третий суммирующий операцион- коэффициентов, соответствующих функции ный усилитель, вход которого подключен к активного фильтра, обеспечивается физиче- выходу блока преобразования угла сдвига екая реализуемость таких фильтров и иск- фаз синхронизируемых напряжений в им- лючается ошибка измерения, связанная с пульсную последовательность, а выход - к наличием свободных составляющих в ре- 20 входу четвертого интегрирующего операци- зультатах определения угла, скорости и ус- онного усилителя, к другим входам которого корения скольжения.подключены выходы четвертого, пятого, шеТехническое преимущество изобрете- стого интегрирующих операционных усили- ния состоит в том, что повышение точности телей, входы пятого и шестого работы синхронизатора обеспечит включе- 25 интегрирующих усилителей подключены ние генераторов на параллельную работу соответственно к выходам четвертого и пя- без ошибок по углу и скорости скольжения, того интегрирующих усилителей, к входам а тем самым предотвратит возможные воз- первого блока вычитания подключены выхо- мущения в процессе синхронизации, свя- ды первого и четвертого интегрирующих занные с бросками тока и провалами 30 усилителей, к входам второго блока вычита- напряжения. тем самым обеспечивается ния подключены выходы второго и пятого требуемое качество электрической энергии интегрирующих усилителей, а к входам у электроприемников и безаварийная рабо- третьего блока вычитания подключены вы- та генераторов, являющихся источниками ходы третьего и шестого интегрирующих электроэнергии.35 усилителей, к входам первого суммирующеВ связи с тем, что параметры обоих ак- го усилителя подключены выходы первого и тивных фильтров одинаковы, одинаковыми второго блока вычитания, а к выходам вто- являются и свободные составляющие в ре- рога суммирующего усилителя подключены зультатах определения в каждом фильтре выходы первого, второго и третьего блоков величин угла, скорости и ускорения сколь- 40 вычитания.

Использование: в электроэнергетике. для включения на параллельную работу синхронных генераторов. Сущность: синхронизатор содержит блок 1 преобразования угла сдвига фаз в импульсную последовательность, измерительно-вычислительный блок 16 в составе первого 5 и второго 6 активных фильтров, выполненных из трех последовательно включенных интегрирующих операционных усилителей 2,3,4 и 7,8,9, трех блоков вычитания 11.12.13 и трех суммирующих операционных усилителей 10,14.15, и логический блок 17. Измерение скорости и ускорения скольжения осуществляется без применения операции дифференцирования и при приемлемых значениях коэффициентов усиления активных фильтров. Команда на включение выключателя генератора подается при попадании расчетного угла и скорости скольжения в диапазоны допустимых значений. 1 ил. ю с VI VI ел VI ю ю