Устройство управления линейным регулируемым фильтром в линиях передачи переменного тока Советский патент 1976 года по МПК H02J3/18 

Это связано с гем, что сопротивление системы переменного тока на частотах гармоник может меняться в широком диапазоне и принимать почти любое комплексное значение, в том числе такое, при котором возникает резонанс токов между линейным фильтром и системой переменного тока, а также между отдельными линейными фильтрами.

Известно снижение величины резонансных токов путем включения ограничивающего ток резистора последовательно с линейным фильтром 1,

Однако включение ограничивающего резистора экономически нецелесообразно из-за увеличения активных потерь и установленной мощности конденсаторной батареи, а также из-за значительного конструктивного усложнения самого линейного фильтра в связи с добавлением высоковольтной коммутационной аппаратуры и системы ее управления.

Известно устройство для настройки линейных фильтров в резонанс на заданную гармонику тока, в котором блок синхронизации подключается к одному из датчиков (к датчику тока, установленному в цепи линейного фильтра, или к датчику напряжения щин переменного тока), а блок управления - к другому датчику, причем выход последнего подключается к обмотке регулируемой индуктивности, установленной в цепи линейного фильтра 2,

Это устройство позволяет производить с необходимой точностью настройку линейных фильтров в резонанс независимо от дрейфа частоты переменного тока 50 Гц, а также при отклонении емкости конденсаторных батарей от требуемых параметров.

Однако в таком устройстве не ограничивается величина тока, протекающего в цепи линейного фильтра, которая в некоторых режимах работы может достигать значений выще допустимых.

Цель изобретения - защита фильтра от перегрузки по току путем расстройки линейного фильтра и удешевлении линейного фильтра при осуществлении плавной расстройки и ограничении числа циклов расстроек,

Это достигается путем изменения регулируемой индуктивности, т,е, расстройки фильтра до таких значений, при которых ток в цепи линейного фильтра не превосходит допустимый, за счет того, что фазовый дискриминатор связан с выходом управляемого генератора переменного напряжения через фазосдвигающий элемент, подключенный со стороны входа через последовательно соединенные элемент умножения и релейный элемент к датчику тока, а второй вход элемента умножения через элемент памяти

связан с выходом элемента измерения угла сдвига между напряжениями, один из вхс1доа которого подключен к выходу указанного генератора, а другой - к выходу фазосдвигающего элемента; выход элемента умноже ния соединен со входом фазосдвигающего элемента через инерционное звено; выход элемента памяти соединен со входом счетного элемента, выход релейного элемента соединен со входом установки счетного эле мента в исходное состояние через элемент времени с выдержкой времени на исчезновение сигнала, а выход счетного элемента соединен с исполнительным элементом.

На фиг, 1-3 изображена блок-схема предложенного устройства (три варианта ис полнения).

Блок-схема содержит щины 1 переменного тока; выключатель 2 линейного фильтра; конденсаторную батарею 3; реактор 4 с регулируемой индуктивностью; датчик тока 5 линейного фильтра; блок синхронизации 6, состоящий из последовательно включенных фазового дискриминатора 7, интегратора 8, управляемого генератора 9 переменного напряжения; датчик напряжения 10; фазовый дискриминатор 11; орган 12 изменения индуктивности фильтра, состоящий из последовательно соединенных интегратора 13 и усилителя 14; фазосдвигающий элемент 15; релейный элемент 16; элемент умножения 17, элемент памяти 18, элемент измерения угла сдвига между напряжениями 19, инерционное звено 2.0, счетный элемент 21, элемент времени 22,

Сигнал, пропорциональный току, протекающему через цепь линейного фильтра, с дат чика тока 5 подается на вход блока синхронизации 6, Сигнал поступает на один из входов фазового дискриминатора 7, выход которого через интегратор 8 соединен со входом управляемого генератора 9 переменного напряжения, выход которого соединен со вторым входом фазового дискриминатора 7,

Блок синхронизации 6 с управляемым генератором 9 переменного напряжения, собственная частота которого очень близка к частоте выделяемой гармоники, позволяет получать сигнал этой гармоники на выходе этого генератора.

Таким образом на выходе управляемого генератора 9 будет сформировано напряжение, частота которого равна частоте, подавляемой линейным фильтром гармоники, а фаза напряжения будет сдвинута на угол

JT/2 по отнощению к фазе тока данной гар моники, протекающей через линейный фильир. Одновременно напряжение с щин 1 переменного тока от датчика напряжения 10,

Б качестве которого может быть применен емкостной делитель напряжения, подается на вход фазового дискриминатора 11, на второй вход которого подается напряжение от управляемого генератора 9 переменного напряжения через фазосдвигающий элемент 15.

На выходе фазового дискриминатора 11 будет образована постоянная составляющая, значение и полярность которой определяется фазовым углом сдвига между напряжением, поступающим от управляемого генератора 9 переменного напряжения и напряжением выделяемой гармоники датчика напряжения 10,

С выхода фазового дискриминатора 11 сигнал поступает на вход органа 12 изменения индуктивности фильтра, состоящего из последовательно соединенных интегратора 13 и усилителя 14,

Выход органа изменения индуктивности фильтру соединен с реактором 4 регулируемой индуктивности линейного фильтра.

При настройке линейного фильтра в резонанс фазы сигналов с датчика тока 5 и Напряжения выделяемой гармоники с датчика напряжения 10 совпадают, в этом случае сигнал подстройки на выходе фазового дискриминатора 11 отсутствует.

Для ограничения резонансных токов высших гармонических составляющих, протекающих через фильтр, до допустимых значений (т.е. для защиты фильтра Ьт перегрузки) на вход релейного элемента 16 подается сигнал фС датчика тока 5, пропорциональный току, протекающему в цепи линейного фильтра. Порог срабатывания релейного элемента 16 выбирается равным максимально допустимому значению тока D д линейного фильтра.

При возникновении резонанса тока межд линейным фильтром и системой переменног гока, когда ток в цепи линейного фильтра превыийет допустимое значение д , про исходит включение релейного элемента 16, в результате чего на его выходе появляется сигнал 3 р

Сигнал 3 р с выхода релейного элемент

16поступает на один из входов элемента умножения 17, на второй вход которого от элемента памяти 18 подается сигнал. Элемент памяти имеет два устойчивых положения, В зависимости от того, в каком из двух устойчивых состояний будет находиться элемент памяти, на второй вход элемента умножения будет поступать сигнал той или иной полярности.

Сигнал с выхода элемента умножителя

17поступает на вход фазосдвигающего элемента 15.

Под действием данного сигнала фазосдвигающий элемент будет изменять фазу напряжения, поступающего от управляемого генератора 9 переменного напряжения на вход фазового дискриминатора 11,

В результате изменения фазы сигнала, поступающего на вход фазового дискриминатора 11 от управляемого генератора переменного напряжения, на выходе фазового дискриминатора 11 появляется сигнал, который поступает на вход органа 12 изменения индуктивности фильтра. Под действием этого сигнала орган изменения индуктивности фильтра будет изменять индуктивность регулируемого реактора 4, что приведет к изменению реактивной составляющей сопротивления цепи линейного фильтра.

Изменение реактивной составляющей сопротивления цепи линейного фильтра повлечет за собой расстройку резонанса между линейным фильтром и системой переменного тока. Изменение реактивной составляющей сопротивления цепи фильтра будет длиться до тех пор, пока ток в цепи фильтра з ф не станет равным допустимому току J.

Если при изменении реактивной составляющей сопротивления цепи линейного фильтра, ток в его цепи 3 ф продолжает оставаться больще допустимого тока Зд а угол сдвига между током ц напряжением гармоники частоты настройки линейного фильтра достигает предельно допустимой величины (для электропередачи Экибастуз-Центр предварительно допустимый угол сдвига между током и напряжением гармоники частоты настройки линейного фильтра должен быть равен 45 эл.град,) произойдет переключение элемента памяти 18 под действием сигнала, поступающего на его вход от элемента измерения 19, на первый вход которого подаются сигналы от управляемого генератора 9 переменного напряжения, а на второй - с выхода фазосдвигающего элемента 15.

При достижении угла сдвига между напряжениями, поступающими на входы элемента измерения 19 (т.е. между напряжением и током гармоники частоты настройки линейного фильтра), равными предельно допустимому значению, элемент измерения 19 вьщает сигнал на переключение элемента памяти 18. Элемент памяти занимает второе устойчивое положение, в результате чего происходит смена сигнала на его выходе.

Смена знака сигнала на выходе элемента памяти 18 приводит к изменению полярности сигнала на выходе элемента умножения 17. Изменение полярности сигнала на выходе элемента умножения вызывает в фазосдвигающем элементе 15 изменение знака приращения фазы сигнала, поступающего от управляемого генератора 9 переменного напряжения на фазовьй дискриминатор 11, Следовательно, и величина изменения реактивной составляющей сопротив ления цепи линейного фильтра изменит свой знак на противоположный, В этом Случае изменение реактивной составляющей в сопротивлении цепи фильтра будет продолжаться до гех пор, пока ток в цепи фильтра t m не станет равным допустимому tJ д,Если ток в цепи линейного фильтра 3 ф остается больше допустимого 3 д, , а угол сдвига между током и напряжением гармоники частоты настройки линейного фильтра снова достигнет предельно допустимой величины, элемент измерения 19 выдаст сигнал, который переключит элемент памяти 18 Процесс вновь повторится. Чтобы расстройка линейного фильтра производилась плавно между элементом умножения 17 к фазо- сдвигающим элементом 15 устанавливается инерционное звено 20 (см, фиг, 2), с помощью которого достигается плавное изменение сигнала на входе фазосдвигающего элемента 15, что приводит к плавному изменению фазы сигнала, поступающего от управляемого генератора 9 переменного на пряжения к фазовому дискриминатору 11, а это приводит к плавному изменению реактивной составляющей в сопротивлении цепи линейного фильтра. Для ограничения длительности работы линейного фильтра с током qa больще допустимого t) в устройстве (см, фиг, 3) установлены счетный элемент 21 и элемен времени 22, При возникновении резонанса между линейным фильтром и системой переменного тока, когда ток в цепи линейного фильтра 3 ф превысит допустимый ток 3 д , сигнал с выхода релейного элемента 16 поступит на вход элемента умножения 17 и на вход элемента времени 22, выход которого соединен с первым входом счетного элемента 2 Под действием данного сигнала счетный элемент 21 включится и начнет производить отсчет количества переключений элемента памяти 18, выход которого соединен со входом элемента умножения 17 и со вторым входом запоминающего счетного элемента 21, Если счетный элемент 21 отсчитывает определенное (заранее установленное) количество переключений элемента памяти 18, а ток в цепи линейного фильтра Э ф будет больще допустимого тока 3 д , т,е, регулятор линейного фильтра в течение некоторого времени не может по каким-то причинам 22 уменьщить ток, протекающий через линей- ный фильтр, на выходе счетного элемента 21 появится сигнал, который включит исполнительный элемент. Когда ток в цепи линейного фильтра будет равен допустимому, количество переключений элемента памяти 18, отсчитанное элементом 21, будет меньще ранее установленного, произойдет сброс счетного элемента 21 на нуль. Включение и сброс на нуль счетного элемента происходит через элемент времени 22 с задержкой на отключение. Эта связь введена для того, чтобы счетный элемент 21 не сбрасывался на нуль при кратковременных изменениях тока через фильтр до величины, равной или ниже допустимой. Принцип действия устройства защиты линейного фильтра от перегрузки по току не изменится, если блок синхронизации 6 будет подключен к датчику напряжения 10, а фазовый дискриминатор 11 - к датчику тока 5, Формула изобретения 1,Устройство управления линейным регулируемым фильтром в линиях передачи пе-ременного тока, содержащее фазовый дискриминатор, выход которого подсоединен к органу изменения индуктивности фильтра, а входы связаны с датчиками тока и напряжения, причем с одним из этих датчиков - через блок синхронизации с управляемым генератором переменного напряжения, частота которого соответствует частоте подавляемой фильтром гармоники, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью защиты фильтра от перегрузки по току путем расстройки линейного фильтра, фазовый дискриминатор связан с выходом упомянутого генератора через фазосдвигающий элемент, подключенный со стороны второго входа через последовательно соединенные элемеатг умножения и релейный элемент к датчику тока, а второй вход элемента умножения через элемент памяти связан с выходом элемента измерения угла сдвига между напряжениями, один из входов которого подсоединен к выходу генератора, а другой - к выходу фазосдвигающего элемента, 2,Устройство по п, 1, отличающееся тем, что, с целью плавной расстройки линейного фильтра, выход элемента умножения соединен со входом фазосдвигающего элемента через инерционное звено, 3,Устройство по п, 1, о т л и чающееся тем, что, с целью ограйичения числа циклов расстроек линейного фильгра, выход элемента памяти соединен со входом счетного элемента, а выход релейного элемента соединен со входом установки счетного элемента в исходное состояние через элемент времени с выдержкой времени на исчезновение сигнала, а выход счетного элемента соединен с исполнительным элементом.

Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе:

1,Кучумов Л, А,, Спиридонова Л. В. Особенности расчета высших гармонических для распределительных сетей переменного тока, Электричество, № 1, 1974,

2,Авторское свидетельство СССР № 498706, кл, Н 02 i 3/18, 1975 (прототип).