Синхронизатор с постоянным временем опережения Советский патент 1993 года по МПК H02J3/40 H02J3/42 

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для автоматического включения синхронных генераторов на параллельную работу с сетью.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия работы синхронизатора.

На фиг. 1 представлена структурная схема синхронизатора; на фиг.2 - временные диаграммы его работы. Индексы при напряжениях сигналов соответствуют номерам блоков синхронизатора. Диаграммы представлены для трех возможных вариантов работы синхронизатора:

I - частота скольжения «s больше допустимой а%доп;

II - частота скольжения лежит в допустимой области йАз (%доп:

ill - частота скольжения существенно меньше допустимой, Ws су s доп генератор близок к зависанию.

Синхронизатор содержит блок 1 преобразования угла между векторами синхрони- зируемых напряжений в напряжение постоянного тока, первый 2, второй 3, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 пороговые органы, выявитель 4 зоны сближения векторов синхронизируемых напряжений, первый трехвходовый 5, двухвходовый 6 и второй трехвходовый 15 логические элементы И, первый 7 и второй 16 одновибрэторы, интеграторВ, логический элемент НЕ 9. первый 13 и второй 14 триггеры. 17 - цепь включения генераторного выключателя, 18 - вход Прибавить частоту.

Синхронизатор работает следующим образом.

Напряжение Ui постоянного тока, пропорциональное углу между векторами синхронизируемых напряжений, с выхода блока преобразования 1 поступает на входы первого 2 и второго 3 пороговых органов, имеющие установки срабатывания Un и Uta. соответственно. Сигналы на выходах пороСО

с

00 N5 О

N

N

ю

говых органов 2 и 3 появляются при выполнении условий , . Уставки срабатывания выбираются так, что .

Одновременно напряжение Ui поступает и на выявитель 4 зоны сближения векторов синхронизируемых напряжений, то есть зоны, где угол 5 между указанными векторами, измеренный по кратчайшему пути, уменьшается по абсолютной величине. На фиг. 2 зоне сближения векторов соответствуют ниспадающие участки ломаной-диаграммы напряжения Ut. Это напряжение уменьшается в -зоне углов д от 180° до 360°. Поступая на входы элементов И 5 и 6, напряжение U4 готовит эти элементы к пропусканию на свои выходы сигналов с выходов пороговых органов 2 и 3. По заднему фронту импульса U4 запускается первый од- новибратор 7, который генерирует импульс U длительностью .т.

Поведение пороговых органов 2 и 3 представляет интерес только в зоне углов д от 180 до 360°, где создаются условия для работы элементов И 5 и 6.

При снижении напряжения Ui ниже ус- тзвки Un срабатывает первый пороговый орган 2, который через элемент И.5 перево- дит интегратор 8 в режим заряда. Напряже- ние Us на его выходе начинает увеличиваться с постоянной скоростью нарастания.

При дальйейшем снижении напряжения Ui до значения срабатывает второй пороговый орган 3, который через элемент И 6 переводит интегратор 8 в режим разряда, прекращая режим его заряда путем запирания элемента И 5 с помощью элемента НЕ 9. Разряд интегратора 8 продолжается до окончания импульса LU с выхода выявителя 4. Постоянная разряда .интегратора принимается равной постоянной заряда.

Если частота скольжения велика ( Oh CDs. доп.), то напряжение на выходе интегратора не успевает увеличиться до значения Us2, равного уставке срабатывания третьего 10 и четвертого 11 пороговых органов - зона I на фиг. 2. Команда 17 на включение генераторного выключателя не подается.

Напряжение уставки Usa выбирается таким, чтобы при MS %доп. напряжение Ue на выходе интегратора 8 за время изменения угла от 11 до 12 удовлетворило условию Ua IsUsa- Знак равенства в этом условии имеет Место при 5доп. В свою очередь, дополнение угла 5ц до угла 5i2, выбранное равным дополнению угла .дчгдо 360° и заданное с помощью уставок Un, Ui2

выбирается таким, чтобы выполнялось условие:

12 360 «

S ДОП.

.(1)

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где Твкл - время включения генераторного выключателя.

Если од$ . - зона II на фиг. 2, - то к моменту времени, когда угол д приблизится к «3i2 напряжение Ue на выходе интегратора 8 превысит уровень Us2 и вызовет срабатывание третьего 10 и четвертого 11 пороговых органов.

Третий пороговый орган 10 фактом своего срабатывания фиксирует выполнение условий синхронизации по частоте скольжения. По переднему фронту напряжения Uio переводится в единичное состояние первый триггер 13, который подает разрешающий потенциал на первый вход элемента И 15.

После прохождения углом д значения (5i2 интегратор 8 переводится в режим разряда, напряжение Us на его выходе уменьшается ниже уставки Us2 и вызывает срабатывание четвертого порогового органа 11, который подает разрешающий потенциал на второй вход элемента И 15. На третий вход этого элемента поступает разрешающий потенциал с инверсного выхода второго триггера 14, поэтому сигнал Un пройдет на цепь 17 включения генераторного автомата с временем ton твкл.

Одновибратор 7, Запущенный по заднему фронту импульса U4 с выхода выявителя 4, спустя время ъ произведет обнуление инвертора 8 и триггеров 13, 14.

При {Os« (о s доп. - зона III на фиг.2 - напряжение Us на выходе интегратора 8 может превысить уровень насыщения UBI, которому приравнивается уставка срабатывания пятого порогового органа 12, Напряжением Ui2 второй триггер 14 переводится, в единичное состояние. На его прямом выходе появляется высокий потенциал Ui4, которым запускается второй одновиб- . ратор 16, формирующий команду прибавить частоту длительностью Т2. Одновременно исчезает высокий потенциал на инверсном выходе триггера 14, благодаря чему блокируется прохождение сигнала с выхода порогового органа 11 через элемент И 15. Если бы блокировка отсутствовала, то синхронизатор подал бы команду на генераторный выключатель, с временем опережения ton . Очевидно, что ton ton на время т3 пребывания интегратора 8 в зоне насыщения. За счет явления насыщения возможно возникновение еще одной ошибки, которая, кстати, присуща аналогу. После снижения

напряжения Us до нуля интегратор, побывавший в состоянии насыщения, будет находиться в режиме разряда. Напряжение Ue может стать отрицательным и исказить расчетный процесс заряда интегратора в следу- ющем цикле работы синхронизатора. Для исключения этого явления интегратор принудительно обнуляется первым одновибратором 7 после прохождения углом д значения 360°,

Таким образом, предлагаемый синхро- низатор с постоянным-временем опережения позволит уменьшить ошибки, возникающие при синхронизации, и следо- вательно, возмущения, вносимые в сеть при включении генератора на параллельную работу. При этом уменьшится ущерб, нанесенный ответственным электроприемникам, которые предъявляют высокие требования к качеству электрической энергии. Формула из.обретения Синхронизатор с постоянным временем опережения, содержащий блок преобразования угла между векторами синхронизируемых напряжений в напряже- ние постоянного тока, четыре пороговых органа, интегратор и двухвходовый элемент И, причем блок преобразования угла между векторами синхронизируемых напряжений своими входами подключен к напряжени- ям генератора и сети соответственно, а выходом - к входам первого и второго пороговых органов, выход интегратора - к входам третьего и четвертого пороговых органов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены выявитель зоны сближения векторов синхронизируемых напряжений, пятый пороговый орган, два трехвходовых

элемента И, элемент НЕ, два триггера, два одновибратора, причем выход первого порогового органа подключен к первому входу первого трехвходового элемента И, выход второго порогового органа - к первому входу двухвходового элемента И. выход блока преобразования угла между векторами синхронизируемых напряжений подключен к входу выявителя зоны сближения векторов синхронизируемых напряжений, выход которого подключен к вторым входам первого трехвходового, двухвходового элементов И и через первый одновибратор - к обнуляющим входам первого и второго триггеров и интегратора, выход первого трехвходового элемента И подключен к первому входу интегратора, выход двухвходового элемента И - к второму входу интегратора и через элемент Н Е - к третьему входу первого трехвходового элемента И, выход интегратора подключен в входам третьего, четвертого и пятого пороговых органов, выход третьего порогового органа подключен к единичному входу первого триггера, прямой выход которого подключен к первому входу второго трехвходового элемента И, к второму входу которого подключен выход четвертого порогового органа, выход пятого порогового органа подключен к единичному входу второго триггера, прямой выход которого подключен к входу второго одновибратора, а инверсный выход - к третьему входу второго трехвходового элемента И, выход которого подключен к цепи включения генераторного выключателя, выход второго одновибратора подключен к входу Прибавить частоту регулятора частоты вращения первичного двигателя, приводящего во вращение генератор.

Использование: в электротехнике и предназначено для автоматического включения синхронных генераторов на параллельную работу с сетью. Сущность: синхронизатор дополнительно снабжен выявителем зоны сближения векторов синхронизуемых напряжений, сигнал на выходе которого появляется только в зоне углов 180° 5 360°; в синхронизаторе предусмотрен запрет выдачи команды на включение генераторного выключателя в случае насыщения интегратора при малых частотах скольжения, но обеспечивается формирование команды прибавить частоту первичного двигателя. 2 ил.

Uc- Ur

Фие.1

IP

0W./2