Устройство регулирования компенсатора реактивной мощности Советский патент 1993 года по МПК G05F1/70 

сл

с

Сущность изобретения: в устройство регулирования компенсатором реактивной мощности, содержащее трансформатор тока, трансформатор напряжения, три компаратора, аналоговый перемножитель, генератор импульсов и суммирующий счетчик дополнительно введены два канала, состоящих из аналого-цифровых преобразователей с шинными формирователями, суммирующих счетчиков с выходными регистрами, которые через шины данных подключены к арифметическому устройству. Арифметическое устройство реализует алгоритм вычисления реактивной мощности, который позволяет повысить точность регулирования. 3 ил.

Настоящее изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в устройствах регулирования компенсаторов реактивной мощности в электроэнергетических системах с искажающими нагрузками.

Цель изобретения - увеличение точности регулирования компенсатора реактивной мощности.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства регулирования компенсатора реактивной мощности; на фиг. 2 и фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит трансформатор тока 1; трансформатор напряжения 2: аналоговый перемножитель 3: компараторы 4, 6, 19, одновибратор 5: интеграторы 7, 8: логические элементы 2И 9.10; генератор 11;

D-триггер 21; логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18; аналого-цифровые преобразователи (АЦП)14, 15; суммирующие счетчики 12,13, 20; шинные формирователи 22, 24; постоянно-запоминающее устройство (ПЗУ) 23; арифметический блок для вычисления реактивной мощности 25; четыре регистра со встроенными шинными формирователями 16, 17. 26, 27 и реверсивный счетчик 28,

Устройство работает следующим образом. Устройство реализует следующую формулу:

Q n(p{+).t(-)p(-).t(+))

Сигналы с трансформатора тока 1 и трансформатора напряжения 2 пропорциональные току нагрузки i(t) и напряжению

00 GJ О СЛ ГО Јь

сети U(t) поступают на перемножитель 3 на выходе которого формируются сигнал пропорциональный мгновенной мощности нагрузки Р(х)(фиг. 2). Сигнал с трансформатора 2 поступает на вход компаратора 4, который формирует импульс Уз (фиг. 2) длительно- стью 180 электрических градусов, передний фронт которого совпадает с началом положительной полуволны напряжения питающей электрической сети. Импульс 1)з поступает на вход одновибратора 5, который вырабатывает короткий по длительно- сти импульс U4, формируемый по переднему фронту Уз. Короткий импульс Щ определяет цикл измерения реактивной мощности. Сигнал P(t) с выхода перемножителя 3 поступает на вход компаратора 6 и на информационные Е-входы интеграторов 7 и 8. На инверсном выходе компаратора 6 формируется сигнал UL длительность которого равна длительности отрицательного участка мгновенной мощности Р(г)(фиг. 2). Этот сигнал поступает на Н-вход хранения интегратора 8 и на второй вход логического элемента 2И 10. На прямом выходе компа- ратора 6 формируется сигнал IJ2. длительность которого равна длительности положительного участка мгновенной мощности P(t). Сигнал U2 поступает на Н-вход хранения интегратора 7 и на второй вход логического элемента 2И 9. При наличии на Н-входах интеграторов 7 и 8 логической единицы, интеграторы фиксируют напряжение на выходе (режим хранения), а при наличии логического нуля интегрируют сигнал на Е- входэх (режим интегрирования). R-входы интеграторов предназначены для сброса.

В течении интервала времени 0-ti (фиг. 2), соответствующего участку отрицательной мгновенной мощности P(t), разрешающий сигнал Ui обеспечивает прохождение импульсов с выхода генератора И на счетный вход счетчика 12 через логи- ческих элемент 2И 10. В момент времени ti в счетчик 12 запишется количество импульсов Ni tffo, где fo - частота генератора 11. В течении этого интервала времени происходит интегрирование сигнала мгновенной мощности в интеграторе 7, поскольку на его Н-входе хранения присутствует низкий потенциал сигнала U2 в интеграторе 8 интегрирования не происходит, т.к. на его Н-входе хранения присутствует высокий потенциал Ш, запрещающий интегрирование.

В момент времени ti происходит изменение знака мгновенной мощности P(t) и соответственно изменение значения импульсов Ui и U2, значению Ui соответствует низкий уровень, а значению U2 высокий уровень сигналов.

В течении интервала времени, соответствующему положительному значению участка кривой мгновенной мощности P(t) разрешающий сигнал U2 обеспечивает прохождение импульсов с выхода генератора 11 на счетчик 13 через логический элемент 2И 9. Кроме того, начинается интегрирование сигнала мгновенной мощности нагрузки в интеграторе 8 и хранение результата интегрирования за время 0-ti в интеграторе 7. В момент времени t2 в счетчике 13 запишется количество импульсов равное N2 fo (t2-ti),

В течении интервала времени процесс интегрирования и хранения значения мгновенной мощности нагрузки происходит аналогично интервалу 0-ti, при этом в момент времени тз в счетчик 12 запишется. количество импульсов равное N3 fo(ti + +13-12).

За интервал времени соответствующий положительному участку мгновенной мощности работа интегратора 7 происходит аналогично интервалу ti-ta и в момент времени Т в счетчике 13 запишется количество импульсов равное N4 fo ( + Т-тз).

Таким образом, в момент времени t Т на выходе интегратора 7 установится напряжение равное:

и.э | / PH(t)dt,

I п

т.е. среднее за период значение отрицательной мгновенной мощности, а на выходе интегратора 8 напряжение:

()

U ю «4 J-Pw(t)dt,

п

с

5

0

т.е. среднее за период значение положительной мгновенной мощности, где t(+) и t(-) интервалы времени, на которых мгновенная мощность нагрузки P(t) соответственно положительна Р(+) и отрицательна Р(-). В счетчиках 12 и 13 в момент времени t Т будут записаны коды, соответствующие времени существования отрицательной и положительной мгновенной мощности нагрузки за период питающего напряжения. В момент времени t Т сигнал Щ с выхода одновибратора 5 поступает на входы записи регистров со встроенными формирователями 16 и 17, которые производят запись цифровых кодов с выходов счетчиков 13 и 12 соответственно. Сигналы с выхода одновибратора 5 (момент времени t Т) поступают на входы запуска аналого-цифровых преобраэователей 14 и 15, которые преобразуют сигналы Ug и Uio соответственно в цифровой код. По окончании преобразования аналого-цифровые преобразователи 14 и 15 выдают через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18 сигнал на сброс интеграторов 7 и 8, а также счетчиков 12 и 13.

Сигнал с выхода трансформатора тока 1 поступает на вход компаратора 19, выходной сигнал которого Us соответствует положительному или отрицательному интервалам времени тока нагрузки (логическая единица - положительная, а логический ноль - отрицательная полуволна).

Сигнал U4 с выхода одновибратора 5 (момент времени t Т) поступает на вход сброса счетчика 20 и устанавливает его в нулевое состояние (фиг. 2, фиг. 3), а также на вход D-триггера 21, при этом, если ток на- грузки опережает напряжение питающей сети (т.е. характер нагрузки емкостной), то на прямом выходе D-триггера 21 будет присутствовать логическая единица, а на инверсном логический ноль. Если ток нагрузки отстает от напряжения сети (т.е. характер нагрузки индуктивный), то на прямом выходе D-триггера 21 будет присутствовать логический ноль, а на инверсном логическая единица.

Выходное состояние счетчика 20 определяет шаги преобразования (умножение и вычитание) в арифметическом блоке для вычисления реактивной мощности 25 и осуществляет управление работой элементов 16, 17, 22. 24, 25, 26, 27 (фиг. 3) через шины управления и данных устройства регулирования.

Описание сигналов на шинах управления или данных зависит от конкретной элементной базы на которой выполнено устройство.

Шина управления представляет собой девять линий, каждая из которых имеет свое назначение и подключена к своему конкретному устройству. Активный уровень на ней обозначается словами подключить и в зависимости от элементной базы обозначает либо низкий либо высокий логический уровень.

Шина данных представляет собой три идентичных четырех проводных линии связи предназначенные для передачи данных в зависимости от управляющих сигналов на шине управления.

Осуществляется 8 шагов преобразования в соответствии с формулой:

Q

(PW(t)(-L

P(-),tW).

Изменение выходного состояния счетчика 20 определяется количеством импульсов с генератора 11.

Шаги преобразования:

Шаг 1: Происходит поступление одного импульса (фиг. 3, Ueiuar 1) на С-вход счетчика 20, при этом он переходит из состояния 0000 в состояние 0001 (двоичный код, сигналы Un, Ui2, Ui3, Un). Этот код поступает на входы ПЗУ 23, выходные сигналы которого Uis через шину управления производят выборку цифрового значения Р(-) из элемента 14 через элемент 24 и цифрового значения t(+) из регистра 17 через шины данных ШД2 и ШД1 (фиг. 1) на входы ДВ и ДА арифметического блока 25 соответственно. Выходные сигналы ПЗУ 23 также дают команду арифметический блок 25 на перемножение этих значений (P(-)t(+)) и результат перемножения через выходную шину данных ШДЗ записывают в регистр 26 (фиг. 3, U7).

Шаг 2: Выходные состояния счетчика 20 (фиг. 3 Шаг 2) 0010. При этом состоянии выходные сигналы Uie с выхода ПЗУ 23 через шину управления производят выборку цифрового значения Р(+) через элемент 22 с аналого-цифрового преобразователя 15 и цифрового значения t(-) из регистра 16. В арифметическом блоке 25 происходит перемножение этих значений (P(+) t(-)) и результат записывается через выходную шину данных ШДЗ в регистр 27 (фиг. 3 Ihe).

Шаг 3: Выходное состояние счетчика 20 (фиг. 3 Шаг 3)0011. В этом состоянии выходные сигналы (Jig и U20 ПЗУ 23 через шину управления подключают регистры 26 и 27 на шины данных ШД2 и ШД1 при этом выходные сигналы с этих регистров через арифметический блок 25 вычитаются реализуя формулу:

1 рМ t(-LP(-) - tM)

Это значение записывается в регистр 26 (фиг. 3 U17).

Шаг 4: Выходное состояние счетчика 20 (фиг. 3 Шаг 4) 0100. При этом состоянии выходной сигнал Uig с выхода ПЗУ 23 через шину управления подключает регистр 26 на ШД2 и в арифметическом блоке 25 происходит перемножение входного сигнала с регистра на цифровое значение постоянной П (значение Пзаписано в наборе постоянных арифметического блока) т.е. реализуется формула:

n(pM.t(-)p(-).tW)

Это значение записывается в регистр 26 (фиг. 3 Ц7).

Шаг 5: Выходное состояние счетчика 20 {фиг, 3 Шаг 5) 0101. При этом состоянии выходные сигналы Uюс выхода ПЗУ 23 подключают регистр 26 на ШД2 и в арифметическом блоке 25 происходит сравнение цифрового значения сигналов с выхода регистра 26 с цифровым значением напряжения, определяющего зону нечувствительности (величина зоны нечувствительности пропорциональна ми нимэльному значению реактивной мощности компенсатора и записана в наборе постоянных арифметического блока). Предположим значение сигнала с выхода регистра 26 больше, чем зона нечувствительности, то на старшем разряде арифметического блока 25 появится сигнал U21 логической единицы, который поступает с С-выхода реверсивного счетчика 28. Тогда в зависимости от состояния D-триггера 21 изменится выходной код реверсивного счетчика 28. который определяет состояние компенсатора реактивной мощности.

Шаг 6 и 7: Выходное состояние счетчика 20 изменяется до значения 0111.

Шаг 8: Выходное состояние счетчика 20 1000. Старшим разрядом происходит запирание счетчика.

Таким образом, работа устройства состоит из двух частей: первая - измерение величин электрической сети за период (фиг. 2) питающего напряжения сети и

вторая - преобразование измеряемых величин за следующий период напряжения, равное восьми периодам напряжения с генератора 11 (фиг. 3).

При изменении реактивной мощности в питающей сети работа устройства повторится и на выходах реверсивного счетчика 28 произойдет изменение кодовой комбинации, которая определит новое состояние компенсатора реактивной мощности.

Использование предлагаемого устройства позволяет увеличить точность регулирования компенсатором реактивной мощности за счет цифрового способа измерения мощности и преобразования ее в цифровом виде.

Формула изобретения

Устройство регулирования компенсатора реактивной мощности, содержащее трансформатор тока и трансформатор напряжения, подключенные к выводам для подключения к питающей сети, аналоговый перемножитель, первый вход которого подключен к выходу трансформатора тока, а второй вход - к выходу трансформатора напряжения, три компаратора, генератор импульсов, первый суммирующий счетчик, отличающееся тем. что, с целью увеличения

точности регулирования, в него дополнительно введены D-триггер, одновибратор, два интегратора напряжения, два логических элемента 2И, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй и третий суммирующие счетчики, два шинных формирователя, два аналого-цифровых преобразователя, четыре регистра со встроенными шинными формирователями, постоянное

0 запоминающее устройство, реверсивный счетчик, арифметический блок для вычисления реактивной мощности, при этом выход трансформатора тока соединен с входом первого компаратора, а выход трансформа5 тора напряжения - с входом второго компаратора, выход первого компаратора соединен с D-входом D-триггера, прямой выход которого соединен с входом +1, а. инверсный выход - с входом -1 реверсив0 ного счетчика. С-вход D-триггера соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом второго компаратора, выход одновибратора соединен с R-входом первого суммирующего счетчика, а также с входами

5 запуска первого и второго аналого-цифровых преобразователей и входами записи первого и второго регистров со встроенными шинными формирователями, счетный вход первого суммирующего счетчика сое0 динен с выходом генератора импульсов и первыми входами первого и второго логических элементов 2И, при этом выход первого элемента 2И соединен со счетным входом второго суммирующего счетчика, а второй

5 вход первого элементами соединен с входом хранения первого интегратора и инверсным выходом третьего компаратора, вход которого соединен с выходом перемножителя и входами интегрирования первого и вто0 рого интеграторов напряжения, прямой выход третьего компаратора соединен с входом хранения второго интегратора напряжения и вторым входом второго логического элемента 2И, выход которого

5 соединен со счетным входом третьего суммирующего счетчика, вход сброса второго интегратора соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и с входами сброса второго и третьего суммирующих счетчиков, а

0 также с входом сброса первого интегратора, выход которого соединен с входом аналогового сигнала первого аналого-цифрового преобразователя, выход сигнала готовности которого соединен с первым входом эле5 мента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. второй вход которого соединен с выходом сигнала готовности второго аналого-цифрового преобразователя, вход аналогового сигнала которого соединен с выходом второго интегратора, выходы второго аналого-цифрового

преобразователя соединены с входами второго шинного формирователя, а вход включения этого шинного формирователя соединен с шиной управления, шина управления соединена с выходами постоянного запоминающего устройства, входы которого соединены с выходами первого суммирующего счетчика, с входами разрешения включения первого шинного формирователя и первого, второго, третьего и четвертого регистров со встроенными формирователями, с входами записи третьего и четвертого регистров и тремя входами управления работой арифметического блока для вычисления реактивной мощности, выходы третьего суммирующего счетчика соединены с входами второго регистра со встроенными формирователями, выходы которого соединены с второй шиной данных, вторая шина данных соединена с выходами четвертого реги- стра со встроенными формирователями, с

u(t) r-i m

выходами второго шинного формирователя, а также с информационными В-входа- ми указанного арифметического блока, выходы первого аналого-цифрового преобразователя соединены с входами первого шинного формирователя, выходы которого соединены с первой шиной данных, первая шина данных соединена с выходами третьего регистра со встроенными формирователями, с выходами первого регистра, входы которого соединены с выходами второго суммирующего счетчика, и с информационными А-входами указанного арифметического блока, выход которого соединен через выходную шину данных с входами третьего и четвертого регистров, выход старшего разряда указанного арифметического блока соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходы которого являются выходами устройства.

птпппплппяшзпдппг: Innnnrj jnnnnq гппгк