Устройство для стабилизации резонансного состояния контура нулевой последовательности в сети с компенсированной нетралью Советский патент 1981 года по МПК H02H9/08 

ния на быстродействие, а также относительная сложность реализации. Возникающие в контуре нулевой последовательности сети свободные колебания играют в этом устройстве роль помех. Цель изобретения - повышение точности, . быстродействия , помехоустойчи вости, а также упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее подключаемый к сети датчик контролируемого параметра контура нулевой последовательности, выход которого соединен с первым входом коммутирующего элемента, низкочастотный генератор, подключаемый через модулятор к сети, а также полосовой фильтр, фильтр низки частот и астатический исполнительный орган, снабжено дополнительным полосовым фильтром, двумя амплитудными детекторами, двумя резисторными делителями и блоком сравнения, при этом входы обоих полосовых фильтров подключены к выходу упомянутого датчика контролируемого параметра, а выходы через соответствующие амплитудные детекторы и резисторные делители соединены со входами блока сравнения,выход которого подключен ко второму входу коммутирующего элемента, а выход последнего соединен со входом астатического исполнительного органа

Кроме того, блок сравнения выполнен в виде элемента вычитания, включенного последовательно с усилителем-ограничителем .

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства в случае использования одной гармоники сигнала модуляции; на фиг. 2 - амплитудные характеристики контура нулевой последовательности; на фиг. 3 - структурная схема периодически нестационарного объекта управления.

Функциональная схема устройства содержит сеть 1 с компенсацией емкостных токов, связанную с модулятором 2, который соединен с выходом низкочастотного генератора 3 периодического сигнала. Выходной сигнал (t) объекта управления, в качестве которого может выступать как напряжение смещения нейтрали 8(1), так и ток i(t) дугогасящего реактора, чере соответствующий датчик 4, поступает на два фильтра 5 и 6, настроенные на частоты соответственноШ+SZ иси-Э. .Выходы фильтров 5 и б подключены ко входам амплитудных детекторов 7 и 8, связанных через резисторные делители 9 и 10 с блоком 11 сравнения. Выход последнего через фильтр 12 низких частот и коммутирующий элемент 13 связан со входом астатического исполнительного органа 14 дугогасчщго реактора сети 1. Блок 11 сравнения содержит элемент 15 вычитания, входы которого соединены со входами блока 11 сравнения, и усилитель-ограничитель 16, вход которого подключен к выходу элемента 15 вычитания, а выход соединен с выходом блока 11 сравнения.

Ка фиг. 2 кривые 17-19 изображают зависимости от индуктивности дугогасящего реактора амплитудно-частотных характеристик сети 1 на частотах соответственно , uu и uu-Q. ,

Структурная схема (фиг. 3) периодически настационарного объекта содержит линейные стационарные звенья 20 и 21., которые описываются соответственно передаточными функциями W(p) и Q(p)gyW(p), множительное звено 22, линейное стационарное звено 23 с передаточной функцией (p) и сумматор 24. Всюду X -модулируемый параметр, р (J/(3t - оператор дифференцирования, W(p) R(p)(r(p) передаточная объекта управления (контура нулевой последовательности сети 1), отображающая связь между током не симметрии л ц(. (t) и выходным сигналом (t) объекта управления.

Работа устройства заключается в следующем.

Генератор 3 периодических сигналов вырабатывает колебания с частотой $2 , меньшей частоты ujсети, управляющие модулятором 2, который сообщает их одному из параметров контура нулевой последовательности сети 1, например, индуктивности ь или активному сопротивлению С дугогасящего реактора, сопротивлению, включенному в отпайку или дополнительную обмотку дугогасящего реактора, амплитуде или фазе степени несим1« етрии сети 1 ,. или амплитуде искусственно вводимого в контур нулевой последовательности сети напряжения с частотой и; сети 1. 0

Таким образом, параметры сети 1, подвергающиеся модуляции, оказывают влияние, в основном, либо на несимметрию сети 1, либо на величину искусственно вводимого в контур нулевой последовательности сети напряжения с частотой сети ш , либо на резонансную частоту и добротность контура нулевой последовательности сети 1 с компенсацией емкостных токов.

Рассмотрим эти случаи в отдельности. При модуляции параметров, влияющих на несим1уктрию сети 1, которые характеризуются током несимметрии мс( t) последний может быть записан в виде

3y.lt))cosu;i, ()

где F(t) - периодическая модулирующая функция, которая может быть представлена рядом Фурье

F(,COS() С учетом этого выражение (1) имеет вид :)jt)a cosu;t |3 s6,cos(i.a,. 4-COs lltbSl,,)i-ibK }, поэволяющий судить о спектральном составе тока несимметрии. Выходной сигнал i(t) объекта у равления (контура нулевой последова тельности сети 1), в качестве котор го может выступать напряжение смеще ния нейтрали i(t) или ток дугогасящ го реактора i(t), содержит тогда га монические составлякадие с частотами UJt О.,, 6(t)(jU))p cos iyi4-4i(uj) В WEjCw aic)-cos()t4-|ifc if(iw+fl.) ((.)l fa; rflelW4iu)exPJ4(u) - частотная характе ристика контура , нулевой последовательности сети 1 Амплитуда или абсолютная величина составляющих z(t) и z/(t) несет информацию о положении резонанса.Напряжение (t) смещения нейтрали или ток i(t) дугогасящего реактора,измеряемые посредством датчика 4, подаются на входы фильтров 5 и 6,выделяющих сигналы с частотами ixi+Q и Ш-й. Указанные сигналы поступают на входы амплитудных детекторов 7 и 8, на выходах которых образуются сиг налы, пропорциональные амплитудам или абсолютным величинам сигналов 2(t) и z,(t). Посредством блока 11 сравнения указанные сигналы сравнив ются между собой с весовыми коэффициентами К и Kj, определяемыми регу лируемыми резисторными делителями 9 и 10, регулировкой которых добива ются точной настройки на резонанс ил осуществляют наперед заданную программную расстройку. Если блок 11 сравнения содержит только лишь элемент 15 вычитания,то сигнал управления U(t) на выходе ни коч.астотного фильтра 12 имеет вид №)Ko R/-KiA .()l-M Hw-i«-,)IL () где А и амплитуды сигналов z (t) и Z2(t), K(j- коэффициент, определяемый коэффициентами пере дачи блоков 7-8 и 12. Сигнал управления U(t) через коммутирующий элемент 13, осуществляющий блокировку устройства при возникновении однофазного замыкания на землю, подается на исполнительный срган 14 дугогасящего реактора,осуществляющий управление индуктивностью L последнего. Зaвиcимocти w j()j| (ИьЛД| в функции индуктивности L дугогасящего реактора иллюстрируются соответственно кривыми 17 и 19 (фиг. 2), величина разности между сигналами и ее полярность показаны стрелками.Резонансные кривые представляют собой зависимости, аналогичные амплитудночастотной характеристикЦ|Ж )| (кривая 18) контура нулевой последовательности сети 1 (в функции от индуктивности L дугогасящего реактора), сдвинутые влево и вправо на величину приблизительно равную а fl,taa с ujOL (oLJtSl f где С - суммарная емкость между фазами сети и землей. Соответствующим выбором коэффициентов К и Кл можно добиться такого относительного расположения кривых 17 и 19, что при L Lpesимеет место положительный знак управления и, при L ljpEj- отрицательный знак управления и приЬ ЬрдиУправление U равно нулю. Вследствие этого посредством блока 14 индуктивность дугогасящего реактора увеличивается при и О, уменьшается при U О и остается неизменной при U 0. Таким образом контур нулевой последовательности сети приводят к резонансной настройке . Усилитель-ограничитель 16 улучшает процесса самонастройки, так как обеспечивает инвариантность сигнала управления U к амплитуде гп тока несимметрии и устраняет снижение уровня сигнала управления U при больших расстройках резонансного состояния контура нулевой последовательности сети. При этЪм используется факт снижения амплитуды (колебательной) составляющей в сигнале и (t) на выходе блока 18 сравнения при возникновении больших расстроек или уменьшении несими№ трии сети, вследствие чего снижается ее линеаризукяцее воздействие на усилитель-ограичитель 16 и повышается коэффициент передачи пodлeдиeгo по отношению к постоянной (неколебательной) составляющей сигнала. В случае модуляции параметров, влияющих на величину искусственно водимого в контур нулевой последоваельности напряжения с частотой сети. W, действие устройства анашогично описанному. Если модуляции подвергается параметр X,влияющий на резонансную частоту или добротность контура нулевой последовательности (таким параметром может быть, например, индуктивность или активное сопротивление R дугогасящего реактора), действие устройства поясняется с привлечением струк турной схемы периодически нестационарного объекта управления, которая в упрощенном виде воспроизведена на фиг. 3. Сигнал (t) на выходе зве на 2 описывается выражением Kt))()b - ffnCos(uJt+), где a(iuj)ta(jtu)expjC Ct)i (jU))l|-W(jU)) С7л Qj |jujlnJE ii/(io)- частотные характери A« ТИКИ, соответствующ операторам Ci(.P) и u)(P Из (5) видно, что f(t) является гармоническим сигналом и имеет част ту JJ , так что на выходе множительн го зве-на 29 образуются сигналы f (tlc/XCtbf.l-E (со5(ии-Л)Ф «С05( с боковыми частотами iJl SJ к) Роль модулирующего сигнала F(t) здесь играет d X (t) . Указанный сигнал, проходящий чере звено 23 с амплитудно-частотной характеристикой |а( зш) , имеющей резо нансный характер, несет как и в пре дыдущих случаях информацию о положе нии точки резонанса на частоте о . Действительно, сигнал €:(t) при этом &Ct)(iuj)p cos urt+4(UJO+|f |(()|co5(ш+Я)t-c() (б) v|ariCu)) т.е. как и в рассмотренном случае мо дуляции амплитуды несимметрии сети, он содержит гармонические составляю щие с частотами ш±й Сигнал управления U(t) в случае, если блок 11 сравнения содержит толь ко лишь элемент 15 вычитания ив., предположении,что п 1 записываетс U(t),, .(.)JГT ( Аналогия между выражениями (7) и (4) очевидна, так что действие устройства, как и ранее, поясняется фиг. 2. Динамика резонансной самонастрой ки может быть также улучшена путем использования в составе блока 11 сравнения усилителя-ограничителя 16. При необходимости можно добиться улучшения управляющего сигнала и(1,) , как функции индуктивности дугогасящего реактора, за счет увеличения уровней этих сигналов при больших расстройках резонанса, а именно, путем сравнения амплитуд или . абсолютных величин ряда сигналов, обусловленных дополнительными гармониками модулирующего сигнала F(t), имеющих частоты (к 1) . Это объясняется тем, что положение резонансных максимумов кривых 1 и 3 (фиг. 1) определяется частотами ). Причем возможно испояьзо-вание не двух, а другого четного числа цепочек из последовательно включенных полосовых фильтров,амплитудных детекторов и резисторных делителей.. При этом половина фильтров настроен-а на частоты ю + й. , а другая половина - на частоты ои-2 (к 1, 2 .. .м Входы фильтров подключены к выходу датчика 4, а выход - ко входам блока 11 сравнения. Применение предлагаемого устройства в системах автоматической компенсации токов однофазных замыканий на землю повышает точность за счет устранения вредного влияния неквазистационарности поисковых сигналов на процесс функционирования систем данного класса и быстродействие, благодаря тому, что информация о положении точки резонанса получается путем обработки достаточно быстрых сигналов. Возникающие в контуре нулевой последовательности свободные колебания не являются помехами в данном устройстве, так как блоки 5-11 выполняют по отношению к свободньм колебаниям функции частотного дискриминатора. Именно поэтому последние становятся дополнительным источником информации о положении точки резонанса. Предлагаемое устройство являетсяболее простым чем известное. Все это способствует повышению эффективности автома-тической настройки компенсации токов однофазного замыкания и общему возрастанию надежности, качества,безопасности электроснабжения. Формула изобретения 1. Устройство для стабилизации резонансного состояния контура нулевой последовательности в се-ти с компенсированной нейтралью, содержащее подключенный к сети датчик .контролируемого параметра контура нулевой последовательности, выход которого соединен с первым входом коммутирующего элемента, низкочастотный генеоатор,

подключаемый через модулятор к сети, а также полосовой фильтр, фильтр низких частот и астатический исполнительный орган, отличагощеес я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и помехоустойчивости, а также упрощения, оно снабжено дополнительным полосовым фильтром, двумя амплитудными детекторами, двумя резисторными делителями и блоком сравнения, при этом входы обоих полосовых фильтров подключены к выходу упомянутого датчика контролируемого параметра, а выходы через соответствующие амплитудные детекторы и резисторные делители соединены со входами блока сравнения, выход которого подключен ко второму входу коммутирующего элемента, а выход последнего соединен со входом астатического исполнительного органа.

2. Устройство по п. 1, отличающее ся тем, что блок сравнения выполнен в виде элемента вычитания, включенного последовательно с усилителем-ограничителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 150156, кл. Н 02 Н 3/18, 1961.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2624976/24-07,/, кл. Н 02 Н 9/08, 1978.

19

fut.2.

Фиг.1