Устройство для автоматического управления компенсирующей установкой Советский патент 1982 года по МПК G05F1/70 

(З) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКОЙ

. . 1 , , Изобретение относится к управлению электроэнергетическими системами и предназначено для автоматического регулирования мощности компенсирующих установок, например, шунтовых конденсаторных батарей нагрузочных узлов электрических систем.

Известно устройство, осуществляющее сравнение фактической реактивной мощности, потребляемой нагрузочными ,Q узлами, с величиной его активной мощности для обеспечения определенного значения коэффициента мощности. Структура устройства содержит датчики активной и реактивной мощности, лре js образующие входную информацию о параметрах режима в соответствующие пропорциональные напряжения и органы сравнения этих напряжений с выходными усилительными блоками р. 20

Недостатками этого устройства являются наличие двух преобразователей (активной и реактивной) мощности, что приводит при практической реализаций к его неоправданному усложнению бесконтрольность уровня напряжения в процессе автомати геского управления компенсирующей установкой (t(y), что может привести к повреждению самих батарей конденсаторов КУ.

Известно устройство, состоящее из центрального устройства (ЦУ), размещенного на одном из пунктов управления, и периферийных устройств (ПУ), установленных в узлах подключения источников реактивной мощности. Центральное устройство содержит органы сравнения, сумматор и дешифратор. На входы органов сравнения ЦУ поступает информация о фактическом перетоке реактивной мощности в узле, а в качестве опорных сигналов служат заданные значения реактивных мощностей, заранее расчитываемые поусловиям минимума потерь при передаче электроэнергии. В зависимости от соотношения между фактическим и

заданным значениями реактивной мощности в ЦУ формируются соответетвующие сигналы, которые через дешифратор передаются периферийным блоком. Последние осуществляют регулирование реактивной мощности компенсирующих установок посредством переключения конденсаторных батарей или шунтовых реакторов 2.

Недостатками такого устройства являются сложность и ненадежность устройства, обусловленные содержанием в нем нескольких периферийных устройств, размещенных на различных энергообъектах, требующих для функционирования данной системы ряда каналов передачи информации между ЦУ и ПУ, использование в качестве параметра управления только сигнала реактивной мощности и отсутствие контроля уровня напряжения в нагрузочных узлах. Подобная функция автоматического управления КУ, обеспечивая в контролируемой электросетевой зоне минимум потерь электроэнергии, не исключает реально возможного ущербз потребителям электроэнергии из-за отключения и колебания напряжения от номинальных уровней.

Известен регулятор реактивной мощности, который в качестве параметра управления использует реактивную составляющую полного тока узла нагрузки и содержит блок выделения сигнала реактивного тока, пороговое устройство, элемент выдержки времени, выходной блок, формирующий релейные команды Включить и Отключить, и блок питания ГЗ 3

Однако при очевидной простоте указанного устройства его структура, основанная на данном параметре управления (реактивном токе), не может обеспечивать оптимизацию режима электропотребления нагрузочных узлов по минимуму потерь электроэнергии и исключение ущерба от отключения напряжения от номинальных, уровней. Устройство, обеспечивая снижение потребляемой величины реактивной мощности нагрузочным узлом, не позволяет поддерживать экономичность режима электропотребления по оптимальному значению коэффициента реактивной мощности и номинальному уровню напряжения.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления конденсаторной установкой, содержащее измерительный блок или блок формирования сигнала, пропорционального, параметру управления, сумматор узла токовой компенсации, блок задания уставок верхней и нижней границ зоны нечувствительности и форсировки, одновибратор, преобразующий импульсный сигнал в сигнал большой длительности, элемент ЗАПРЕТ, интеграторы, преобразующие импульсные сигналы в потенциальные, логический элемент НЕ, логический элемент ИЛИ, элемент ВРЕМЯ, элемент И, блок реализации управляющих сигналов в релейнЫе команды Включить, Отключить, элемент задержки и блок питания.

Извест о, что значительная часть потерь электроэнергии в электрических системах обуславливается потоками реактивной мощности, а отклонение напряжений в их нагрузочных узлах от номинально допустимых уровней вызывает экономический ущерб из-за несоблюдения оптимальных технологических процессов промышленных потребителей. В связи с этим для оптимизации процессов генерации, передачи и потребления электроэнергии по минимуму ее потерь и уменьшения экономического ущерба для промышленных нагрузок оптимальные значения напряжения и и реактивной мощности Q (или коэффициента реактивной мощности tg f3 регламентируются соответствующими директивами Е .

Однако принцип действия (и построения структуры) известного устройства основан на использовании в качестве параметра управления комбинированного сигнала, в состав которого входят сигналы напряжения и реактивной составляющей тока, т.е.

((J), (1)

Y П

IP составляющая

реактивная

где

тока; и - напряжение в контролируемом

узле.

При подобной структуре известного устройства, основанной на функции (1), может быть обеспечено в лучшем случае поддержание номинальных уровней напряжений в узлах нагрузок электрических систем. Однако это не позволяет оптимизировать режимы электропотребления по реактивной мощности, так как функциональная связь между реактивным током и реактивной мощностью или напряжением и реактивной мощностью не однозначна. Таким образом, известное устройство не поз воляет автоматически поддерживать в узлах электрических систем оптимальные значения перетоков реактивной мощности Qg при номинальных уро нях напряжения Цц. Цель изобретения - поддержание оптимального баланса реактивных мощ ностей в узлах энергосистемы при номинально допустимых уровнях напряжения. Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматичес кого управления компенсирующей уста новкой, например конденсаторной установкой, содержащее измерительны блок напряжения, логические элементы И в выходных цепях Включить и Отключить, выходы которых подключены к исполнительному блоку, снабж но измерительным блоком средней реактивной мощности и каналами формирования управляющих импульсов по уровню напряжения и средней реактивной мощности, причем выходы измерительных блоков напряжения и средней реактивной мощности через соответствующие каналы формирования управляющих импульсов связаны с входами элементов И в выходных цепях Включить и Отключить. Кроме того, с целью упрощения в качестве измерительного блока напряжения и измерительного блока средней реактивной мощности использован измерительный преобразователь, состо щий из согласующего трансформатора напряжения, фазосдвигающей схемы, блока умножения на базе мультивибратора Роера, активного полосового фильтра, активного выпрямителя, схемы запоминания экстремумов и их сложения и вычитания, выходного сглаживающего фильтра, причем выход согласующего трансформатора напряжения через фазосдвигающую схему связан с амплитудным модулятором блока умножения, к выходу которого параллельно подключены активный полосовой фильтр и активный выпрямитель, выход активного полосового фильтра параллельно соединен со схемами запоминания экстремумов и их сложения и вычитания, а к выходу активного выпрямителя подключен сглаживающий фильтр При этом с целью повышения точнос ти автоматического управления компенсирующими установками при изменениях реактивной мощности в узле энергообъекта, а также исключения ложной работы устройства в нестационарных режимах, в канал формирования управляющих импульсов по реактивной мощности введены блок уставок, состоящий из двух задающих элементов, пороговый блок, состоящий из двух импульсных элементов сравнения, и управляемый генератор импульсов, причем один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измерительного блока по реактивной мощности, к входам опорных напряжений элементов сравнения подключены задающие элементы, а к выходам каждого из двух элементов сравнения параллельно подключены соответственно один вход элемента И в выходных цепях Включить и Отключить и один из двух входов управляемого генератора импульсов, выход которого через общую точку подключен ко вторым входам элементов И. Кроме того, с целью повышения надежности работы устройства в режимах внезапных изменений реактивной мощности, управляемый генератор импульсов (УГИ) содержит два элемент НЕ, три элемента ВРЕМЯ, два элемента ЗАПРЕТ, два элемента И и элемент ИЛИ, на выходе, причем входы одного элемента НЕ и одного элемента ВРЕМЯ через общую точку связаны с выходом одного из элементов сравнения порогового блока, а входы второго элемента НЕ и второго элемента ВРЕМЯ через общую точку связаны с выходом второго элемента сравнения порогового блока, выходы элементов НЕ соединены с одним из входов каждого элемента И, а выходы двух элементов ВРЕМЯ через элементы ЗАПРЕТ подключены к элементу ИЛИ, к выходу которого подключен третий элемент ВРЕМЯ, выход этого элемента параллельно соединен со вторыми входами элементов И, выходы которых заведены на управляющие входы элементов ЗАПРЕТ. Причем с целью исключения возможного ущерба, обуславливаемого отклонением напряжения от номинал,ьно допустимых уровней, в канал формирования управляющих импульсов по напряжению введены блок уставок, состоящий из двух задающих элементов (верхнего и нижнего допустимых уров ней напряжения соответственно), пороговое устройство, состоящее из двух импульсных элементов сравнения. при этом один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измерительного блока по напряжению, к входам опорных напряжений элементов сравнения подключены задающие элементы, а выходы каждого элемента сравнения порогового блока соединены с одним из элементов И, На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемогоустройства; на фиг.2 блок-схема измерительного преобразователя J на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство (фигЛ). состоит из измерительного преобразователя 1, входы которого подключены на напряжение и ток, к выходу по реактивной мощности которого подключен канал формирования управляющих импульсов по средней реактивной мощности, состоящий из блока 2 уставок, порогового блока 3 и управляемого генератора k импульсов. Блок уставок со стоит из двух задающих элементов 5 и 6, Пороговый блок состоит из двух импульсных элементов 7 и 8 сравнени Один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходо измерительного преобразователя 1 по реактивной мощности. Ко вхядам опорных напряжений элементов сравнения подключены выходы задающих элементов 5 и 6. Выходы каждого из двух элементов 7 и 8 сравнения подключены на входы элементов И 9 и 10 соответственно в цепях Включить и Отключить и на входы управляемого генератора 4 импульсов, выход которого подключен ко вторым входам эле ментов И 9 и 10. К выходу по напряжению измерител ного преобразователя 1 подключен вход канала формирования управляющи импульсов по напряжению, состоящий из блока 11 уставок порогового блок .12, Блок уставок состоит из задающих элементов 13 и k, Пороговый бл состоит из двух импульсных элементов 15 и 16 сравнения. Один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измеритель ного преобразователя 1 по напряжени ко входам опорных напряжений -элемен тов 15 и 16 сравнения подключены задающие элементы 13 и 14, а выходы каждогд элемента сравнения подключе ны к третьим входам элементов И 9 и 98 10. Выходы элементов И подключены ко входам исполнительного блока 17Генератор импульсов содержит два элемента НЕ 18 и 19, три элемента 20-22 времени, два элемента ЗАПРЕТ 23 и , два элемента И 25 и 26 и элемент ИЛИ 27 на выходе. Измерительный преобразователь (фиг.2) состоит из согласующего трансформатора 28 напряжения, к выходу которого подключена фазосдвигающая схема 29, блок 30 умножения на базе мультивибратора Роера, состоящего из широтно-импульсного модулятора 31 и амплитудно-импульсного модулятора 32. . Выход мультивибратора подключен ко входам активного полосового фильтра 33 и активного выпрямителя 3 Выход фильтра 33 подключен ко входу схемы 35 запоминания экстремумов, их сложения и вычитания. С выхода этой схемы снимается сигнал, пропорциональный среднему значению реактивной мощности kQ. Выход активного выпрямителя включен на вход сглаживающего фильтра Зб, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный напряжению kU. На фиг.3 приведены временные диаграммы выходных напряжений структурных блоков устройства (фиг.2), При этом Qj оптимальное (расчетное) значение средней реактивной мощности в узле энергообъекта, используемого для определения уставки элемента 5J . 0,001 РЗ - значение этой же мощности . для определения уставки (.нижней границы зоны нечувствительности) элемента 6; U ц- номинальный уровень напряжения 1,1 Uu - верхний допустимый предел номинального напряжения, используемого для определения уставки элемента 13, а 0,95 U| нижний допустимый предел номинального напряжения, используемого для определения уставки Элемента 1А, kQ и kU выходные измерительные сигналы блока 1, пропорциональные фактическим значениям средней реактивной мощности и напряжения нагрузочного узла энергосистемы. DS; , ,, Us 5 %} % %} %J % U/gi 25 r W 4l 9 выходные сигналы элементов устройства. Устройство работает следующим образом. Подаваемые на вход блока 1 устройства си гналы фазных тока и напряжения преобразуются в измерительные сигналы, пропорциональные фактичес, КИМ значениям средней реактйвной мощности kQ, напряжения Ш. Сигнал поступает на вход блока 3, а си1- нал kU - на вход блока 12. Ввиду то то, что в период 0-t между входными сигналами элементов сравнения блоков 3 и 12 йзмеют место следующи соотношения на входах элементов 7, 8 и 15, 16 сигналы отсутствуют (равны нулю). Это формирует соответствующие .сигна лы на выходах элементов 18 и 19. В этот же период сигналы, равные нулю, формируются на выходах элемен тов 20, 21, 23, 2i, 25, 27, 2б, 22. Поэтому значения сигналов на входах элементов 9 и 10 равны нулю и в силу этого устройство команды автоматического управления не вырабатывае В период, когда t t, имеют место следующие соотношения между контролируемыми режимными параметрами и их установками В момент t на выходах элементов 7 и 16 появляются сигналы, равные еди нице. При этом элементы 8, 15 и 19 формируют выходные сигналы, равные нулю, а элемент 18 - равный единице Одновременно начинается выдержка времени на срабатывание элемента 20 На выходе элемента 20 появляется си нал, равный единице. В этот момент, благодаря тому, что на выходе элемента 25 сигнал равен нулю, элемент 23 формирует на выходе сигнал, равный единице. На выходах элементов 21 и 2 сигналы равны нулю. На выход элемента 27 появляется сигнал, равный единице, и начинается выдержка времени на срабатывание элемента 9. Таким образом, в момент tn на входе элемента 9 одновременно все три входных сигнала равны единице и поэтому он формирует на выходе сигнал, равный единице, передаваемый в блок 17 и преобразуемый в сигнал Вк/яочить. В этот момент на выходах элементов 22 и 25 сигналы равны нулю. Элементы 23 и 27 вновь формируют сигналы, равные единице. Элемент 9 снова выдает сигнал, равный единице. на блок 17 для формирования сигнала Включить. Процесс повторяется. В момент t t значения сигналов и kU соответствуют выражению (2 ) и устройство не вырабатывает выходные управляющие импульсы. Переход устройства в новое состояние осуществляется за время , которое обусловлено инерционностью элементов 20-22. В момент времени t tg имеют место следующие соотношения между ролируемыми параметрами и их установками Ub и,з)В силу этого в момент tg на выходах элементов 8 и 15 формируются сигналы, равные единице, а На выходе элемента 18 - равный нулю. Элементы 7 и 16 формируют выходные сигналы, равные нулю, и поэтому сигнал на выходе элемента 19 равен единице. Одновременно начинается выдержка времени на срабатывание элемента 21. В момент Ц0 на выходе элемента 21 генерируется сигнал, равный единице, а благодаря тому, что в этот момент на выходах элементов 22 и 2б сигналы равны нулю, -Элементом 2 также формируется сигнал, равный единице. На выходах элементов 20 и 23 сигналы равны нулю, а на выходе элемента 27 появляется сигнал, равный единице. С этого момента вновь начинается выдержка времени на срабатывание элемента 22. В момент выходе элемента 10 одновременно все три сигнала равные единице, и поэтому он передает на блок 17 сигнал, равный единице, для формирования команды Отключить. В этот момент элемент 9 формирует сигнал, равный нулю. Ъ момент элемент 22 формирует выходной сигнал, равный единице, на выходах элементов также появляется сигнал, равный единице. Ввиду этого на выходах элементов 2А и 27 сигналы становятся равными нулю и начинается выдержка времени на возврат элемента 22, которая заканчивается в момент . В этот момент на выходах элементов 2б и 22 сигналы равны нулю. Элементы 2 и 27 вновь формируют выходные сигналы, равные единице. Поэтому элемент 10 снова генерирует сигнал, равный единице, и передает сигнал на блок 17 для формирования команды Отключить. Далее процесс автоматического управления повторяется. При t 1ц значения сигналов kQ и klJ соответствуют выражению (2) , поэтому устройство не вырабатывает сигналы автоматического управления. Переход устройства в новое состояние осуществляется за время которое также обусловлено инерционнос тью элементов 20-22, Таким образом, предлагаемое устройство не срабатывает (не генерирует выходные импульсы Включить и Отключить) в режимах энергообъектов, когда в контролируемом узле параметры управления (реактивная мощность и уровень напряжения) нахо дятся в пределах оптимальных их зна чений, т.е. 0,95 i. вь.х--°. Q: j 0,0 liQ ,3 При отклонении этих параметров управления от оптимальных значений предлагаемое устройство генерирует на своем выходе управляющие импульс Включить и Отключить до тех пор пока посредством регулирования (кон денсаторов) компенсирующей установки не наступает новый баланс реакти ных мощностей при новом уровне напряжения, при которых обеспечиваетс минимум затрат (в том числе и потер электроэнергии) на генерацию, перед чу реактивной мощности в узел потребления и исключается Экономический ущерб от отклонения напряжения от номинально допустимых значений, т.е.:- ,д5и„ 1 и I,- и„ V 1 W icQ Q, где V - знак логического сложения.. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает автоматическое управление компенсирующими установками посредством контроля двух важнейших параметров режима энергообъе тов средней реактивной мощности и уровня напряжения, Вместо с этим предлагаемое устройство в отличие от известных обла дает свойством гибкости программы автоматического управления, т,е, мо жет действовать в зависимости от зн чений уставок по одной из трех программ: одновременному контролю U и (первая основная программа), контро 3 лю только и (вторая дополнительная программа); контролю только Q (третья дополнительная программа); и при необходимости может заменить функцию известных устройств. Формула изобретения 1. Устройство для автоматического управления компенсирующей установкой, например конденсаторной установкой, содержащее измерительный блок напряжения, логические элементы И в выходных цепях Включить и Отключить, выходы которых подключены к исполнительному блоку, отличающеес я тем, что, с целью поддержания оптимального баланса реактивных мощностей в узлах энергосистемы при . сохранении номинального уровня напряжения, устройство снабжено измерительным блоком средней реактивной мощности и каналами формирования управляющих импульсов по уровню напряжения и средней реактивной мощности, причем выходы измерительных блокор напряжения и средней реактивной мощности через соответствующие каналы формирований управляющих импульСОВ связаны с входами элементов И в выходных цепях Включить и Отключить. 2. Устройство по п,1, о т л и чающееся тем, что, с целью упрощения, в качестве измерительного блока напряжения и измерительного блока средней реактивной мощности использован измерительный преобразователь, состоящий из согласующего трансформатора напряжения, фазосдвигающей схемы, блока умножения на базе мультивибратора Роера, активного полосового фильтра, активного выпрямителя, схемы запоминания экстремумов и их сложения и вычитания, выходного сглаживающего фильтра, причем выход согласующего трансформатора напряжения через фазосдвигающую , схему связан с амплитудным модулятором блока умножения, к выходу которого подключены активный полосовой фильtp и активный выпрямитель, выход активного полосового фильтра соеди нвн со схемой запоминания экстремумов и их сложения и вычитания, а к выходу активного выпрямителя подключен сглаживающий фильтр. 3. Устройство по П.1, о т л и мающееся тем, что, с целью повышения точности автоматического управления компенсирующими установками при изменениях реактивной мощности в узле энергообъекта, а также исключения ложной работы устройства в нестационарных режимах, канал формирования управляющих импульсов по реактивной мощности содержит бло уставок, состоящий из двух задающих элементов, пороговый блок, состоящий из двух импульсных элементов сравнения, и управляемый генератор импульсов, причем один из входов элементов сравнения через общую точ ку соединен с выходом измерительног блока по реактивной мощности, к,вхо дам опорных напряжений элементов сравнения подключены задающие элементы, а к выходам каждого из двух элементов сравнения подключены соответственно один вход элемента И в выходных цепях Включить и Отключить и один из двух входов упра ляемого генератора импульсов, выход которого через общую точку подключе ко вторым входам элементов И, k. Устройство по пп. 1 и 3, о т личающееся тем, что, с целью повышения надежности его работы в режимах внезапных изменений реактивной мощности, управляемый гене ратор импульсов содержит два элемента НЕ, три элемента ВРЕМЯ, два элемента ЗАПРЕТ, два элемента И и элемент ИЛИ на выходе, причем входы одного элемента НЕ и одного элемента ВРЕМЯ через общую точку связаны с выходом одного из элементов сравнения порогового блока, а входы :второго элемента НЕ и второго элемента ВРЕМЯ через общую точку связаны с выходом второго элемента 9 . . сравнения порогового блока, выходы элементов НЕ соединены с одним из входов каждого элемента И, а выходы двух элементов ВРЕМЯ через элементы ЗАПРЕТ подключены к элементу ИЛИ, к выходу которого через третий элемент ВРЕМЯ подключены вторые входы двух элементов И, выходы которых заведены на уравняющие входы элементов ЗАПРЕТ. . 5. Устройство по п,1, отличающееся тем, что, с целью исключения экономического ущерба, обусловливаемого отклонением напря-жения от номинально допустимых уровней, канал- формирования управляющих импульсов по напряжению содержит блок уставок, состоящий из двух задающих элементов, пороговый блок, состоящий из двух импульсных элементов сравнения, причем один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измерительного блока по напряжению, к входам опорных напряжений элементов сравнения подключежя задающие элементы, а выходы каждого элемента сравнения порогового блока соединены с одним из элементов И. Источники информации, принятые во внимание при. экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N23725, кл. И 02 J 3/18, 19б. 2.Акцептованная заявка Японии Н-иЗЗЬ кл. 58 А 3, 1975. 3« Техническое описание полуэлектронного регулятора, реактивной мощности типа SBR фирмы VH-f, Берлин, 1977, с. k. k Техническое описание и инструкция по эксплуатации автоматического устройства типа АРКОЙ-1. Рижский опытный завод Латвэнерго, 1977, с. 15.

S 1|

«

:

«с

%

N

т-таЛ : С

й1

is I

Щ

§

$