Автоматический регулятор напряжения для конденсаторной батареи Советский патент 1982 года по МПК G05F1/70 

Изобретение относится к автоматичес кому регулированию режимов электрических сетей, в частности напряжения и реактивной мощности, с помощью конденсаторных батарей. Известны автоматические регуляторы для конденсаторной батареи, содержащие преобразователь напряжения, измерительный орган с зоной нечувствительности, логическую схему и два канала управления Выше и Ниже D3 Однако необходимость измерения измерительным органом регулятора одно временно двух уровней напряжения, определяющих ширину зоны нечувствител ности, затрудняет получение высокой точности по зоне нечувствительности и усложняет конструкцию устройства, так как в этом случае требуются два канал управления и наличие логической схемы Поэтому применение таких регуляторов для регулирования односекционных конденсаторных батарей ограничено. Использование их для регулирования многосекционных конденсаторов требует применения программной приставки, что позволяет осуществлять регулирювание лишь по наперед заданной программе и еще более усложняет устройство в целом. При необходимости управления конденсаторной батареей, имеющей секции различной мощности, это не позволяет автоматически производить выбор необходимой по условиям регулирования мощности коммутируемой секции конденсаторной батареи. Причем обеспечивается число ступеней регулирования не больше, чем имеющееся количество секций батареи. Кроме того, наличие лишь одной зоны нечувствительности вынуждает ширину ее выбирать по мощности наибольшей секции, из-за чего качество регулирования напряжения ухудшается. Известны автоматические регуляторы напряжения для регулирования п объектов, в частности п секций конденсаторной батареи, содержащее измерительный мост с п парами выходов, под соединенными соответственно к п пара каналов управления, каждый из которы реагирует на изменение знака сигнала соответствующего выхода и воздейству в зависимости от этого изменения на включение либо отключение секции кон денсаторной батареи Г2. Недостатком такого технического о шения. как и в поедыдушем случае, яв ляется необходимость одновоеменного изменения знаков сигналов на выходах измеоительного моста каждого из двух каналов упоавления независимо, из-за чего сложно обеспечить высокую стабильность зон нечувствительности все каналов управления и их взаимного рй положения при изменении температуры и формы кривой входного напряжения. Кроме того, из-за необходимости иметь два канала управления на каждую секцию конденсаторной батареи такие регуляторы также достаточно сложны. Известны автоматические регулятор односекционной конденсаторной батареи , содержащие преобразователь тока, своим выходом подключенный к сравнивающему элементу, к выходу которого, в свою очередь, присоединены параллельно вход канала управления секцие батареи и цепь последовательно включенных элемента выбора уставок и источника опорного напряжения, приче канал управления секцией содержит входной нуль-орган, элемент выдержки времени и исполнительное реле 3. Недостатком таких регуляторов является невозможность их применения или регулирования конденсаторных батарей, имеющих секции, использовать же Н каналов управления невозможно, так как наличие параллельного подключения к выходу сравнивающего элеMeHta одновременно входа канала управления и выхода элемента выбора уставок при коммутации секции батаре приводит к одновременному изменению сигнала на выходе элемента выбора yctaBOK из-за изменения его состояния и на входе канала управления секцией. Кроме того, нестабильность опорного напряжения источника, последова тельно соединенного с элементом выбора уставок, неизбежно приводит к изменению величин уставок включения и отключения секции. Использование с одним общим преобразователем напряжения ( тока ) нескольких, например, п каналов управления невозможно из-за неизбежного взаимного влияния элемента выбора уставок и источников опорного напряжения управления. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является автоматический регулятор напряжения для конденсаторной батареи, в котором изменение уставок включения и отключения секции при ее коммутациях осуществляется изменением параметров элементов преобразователя напряжения путем шунтирования части резистора, подключенного к его выходу. Регулятор содержит преобразователь напряжения с регулируемым резистором на выходе, имеющим два регулировочных ответвления, элемент выбора уставок, 1 сточник опорного напряжения ( канал управления секцией, включающий о себя измерительное устройство сравнения с двумя входами, элемент выдержки времени и исполнительное реле с контактами. Для возможности получения уставки отключения, большей по величине, чем уставка включения, что по существу определяет ширину зоны нечувствительности регулятора, часть выходного резистора преобразователя зашунтирована размыкающим контактом исполнительного реле, подключенным к одному из регулировочных ответвлений резистора 4. Недостатком известного решения является невозможность независимого изменения уставки включения, так как величина ее определяется положением одновременно двух регулировочных ответвлений выходного резистора, одно из которых задает также и уставку отключения. Кроме того, с целью управления цепью перезаряда конденсатора элемент выдержки времени канала управления снабжен входным транзистором. Однако из-за значительной подверженности сопротивления эмиттерно-колллекторного перехода этого транзистора температурным изменениям, особенно в режиме отсечки, величины выдержек времени регулятора на включение и отключение секции изменяются, что снижает точность элемента выдержки времени. Для возможности управления конденсаторной батареей, имеющей п секций, желательно было бы иметь п каналов

управления, уставки включения и отключения которых устанавливались бы независимо и их взаимное положение во в.сех каналах управления было бы неизменным. При этом, выбрав уставки включения и .и.,... lJn и уставки отключения UJ,l),,.. ,t)jl всех каналов управления так,- чтобы выполнялись условия U/I 0, UH, и :. ,

( ,..., U,,Uf,4 и,, где д1Ц ди, ... , л U,i - ступени регулирования напряжения, соответствующие реактивным мощностям секций Q, Q... ,й„, выбранным по определенному закону, возможно получение большего, чем число секций, ступеней регулирования конденсаторной батареи

Например, при числе секций п 3 и соотношении их реактивных мощносте Qn А :2:k возможно получе ние числа ступеней m 2п.

Кроме того, вырез выдержки времен &t,At,, . ., ,Л1 п каналов управления, согласно условию л t л ,.., ,7д t р, возможно получение дополнительного эффекта - автоматического выбора необходимой по условиям регулирования напряжения реактивной мощности коммутируемой секции.

Целью изобретения является повышение точности управления секциями конденсаторной батареи.

Поставленная цель достигается тем что автоматический регулятор напряжения для конденсаторной батареи, содержащий преобразователь напряжения с регулируемым резистором на выходе, имеюи им регулировочное ответвление, элемент выбора уставок, источник опоного напряжения и канал управления секцией батареи, включающий в себя блок сравнения,злемент выдержки времени и исполнительное реле, снабжен h-1 каналом управления, п -1 элементом выбора уставок, п-1 параллельно соединенными регулируемыми резисторами с регулировочными ответвлениями с источником опорного напряжения, причем входы п элементов выбора уставок подключены соответственно к п регулировочным ответвлениям резисторов, а их выходы - к первым входам блоков сравнения, к вторым входам которых присоединены общий для всех каналов управления источник опорного напряжения.

Кроме того, в качестве элемента выбора уставок применена цепь двух параллельно соединенных групп дополнительных резисторов с регулировочным ответвлениями, причем последовательно в цепь первой группы дополнительных резисторов введен замыкающий контакт исполнительного реле, размыкающи контакт которого включен последователно в цепь второй группы соответствующего канала управления, а к регулировочным ответвлениям групп дополнительных резисторов подключена пара диодов, имеющих общий вывод.

Элемент выдержки времени содержит операционный усилитель с группой резисторов элемента выдержки времени на входе и с конденсатором в цепи обратной связи.

На фиг. 1 показана функциональная схема регулятора; на фиг. 2 - пример выполнения; на фиг. 3 диаграмма, поясняющая принцип работы автоматического регулятора напряжения совместно с конденсаторной батареей, имеющей две секции.

Регулятор содержит Сфиг. 1) преобразодатель 1 напряжения, например, действующего значения, блок 2 параллельно включенных п, с регулируемых резисторов , к регулировочным ответвлениям которых подключены входы п элементов выбора уставок 3i их выходы присоединены к первым входам п измерительных устройств А сравнения, к .вторым входам которых подключен общий дл всех каналов управления источник 5 опорного напряжения. В состав каждого из п каналов 6 управления входят, кроме измерительного устройства сравнения, элемент 7 выдержки времени и исполнительное реле 8.

Приведенная функциональная схема может быть реализована, например, в соответствии с принципиальной схемой (фиг. 2) автоматического регулятора конденсаторной батареи, имеющей две санкции, т.е. п 2, где преобразователь напряжения, с целью уменьшения влияния высших гармоник, содержит интегрирующую цепочку резисторов 9 и конденсатора 10. К выходу преобразователя напряжения подключены два регулируемых резистора 11 и 12 к регулировочным ответвлениям которых присоединены два элемента выбора уставок

Каждый из них представляет собой цепь двух параллельно соединенных групп, дополнительных резисторов 13 16, имеющих два регулировочных ответвления 17 и 18, к которым подключена пара согласно включенных диодов 19 и 20j имеющих общий выход 21, одновременно .являющийся выходом элемента выбора уставок и первым входом измерительного устройства сравнения. Последовательно в цепь одной группы резисторов введен замыкающий 22, последовательно в цепь другой группы размыкающий 23 контакты исполнительного реле 2 соответствующего канала управления. Измерительное устройство сравнени в каждом канале управления содержит два операционных усилителя 25 и 2б, связанных между собой с помощью детектора 27 и конденсатора 28. К первому входу 21 подключен выход элемен та выбора уставок, а к второму 29 общий для обоих каналов управления и точник 5 опорного напряжения, выполненный на стабилитроне. R качестве операционных усилителей при-менены ин тегральные микросхемы. Элемент 7 выдержки времени выполнен с использованием операционного усилителя 30, имеющим конденсатор 31 в цепи обратной связи и группу резисторов 32 на входе. Исполнительное реле 2k для повыше ния чувствительности включено в коллекторную цепь транзистора 25, управля емого транзистором 26, в совокупност представляющих собой выходной исполн тельный триггер. Оба канала управления выполнены и работают аналогично. Выпрямленное входное напряжениеи преобразованное в пульсирующее напря жение конденсатора 10, поступает с р гулировочного ответвления резистора на вход элемента выбора уставок. Вели чина этого напряжения определяется положением регулировочного ответвлени резистора 12, служащего для одновременного изменения уставок включения -и отключения секции одного и того же канала управления. Амплитудное значение этого пульсирующего напряжения пропорционально действующему входному напряжению, чем исключается влияние его несинусоидальной формы. При отключенной секции конденсатор ной батареи контакт 22 исполнительного реле замкнут, а контакт 23 разомкнут, и через диод 19 на первый вход 21 операционного усилителя 25 поступает пульсирующее напряжение с резистора 13, соответствующее положению его регулировочного ответвления 1 чем определяется уставка включения секции U-I . Амплитудное значение пульсирующего напряжения на первом входе операционного усилителя 25 сравнивается с опорным напряжением стабилитрона 5 на втором его входе. Если входное переменное напряжение Ug превышает уставку включения секции батареи, амплитуда пульсирующего напряжения на входе 21 также превышает величину опорного напряжения и на выходе операционного усилителя 25 импульсы напряжения разнополярны, конденсатор 28 через детектор 27 заряжен напряжением постоянного уровня. Это напряжение ока-, зывается приложенным к входу операционного усилителя 2б, следовательно, на выходе его также имеется напряжение определенной полярности, приложенное к входу элемента выдержки времени, выполненном на операционном усилителе 30. Приложенное к его входу напряжение через резисторы 32 заряжает конденсатор 31 до напряжения такой соответствующей полярности, что транзистор 2б открыт, а транзистор 25 закрыт и исполнительное реле 2 выключено. При понижении входного напряжеуставки и включения секния Ugjj ниже ции, амплитуда пульсирующего напряжения, поступающего с резистора 13 на вход 21 операционного усилителя, уменьшается и становится меньше опорного напряжения Up . На выходе усилителя 25 разнополярные импульсы напряжения исчезают, а остается лишь отриЧ тельное постоянное напряжение. вследствие чего конденсатор 28 разряжается до нуля. Полярность напряжения на выходе операционного усилителя 26 также изменяется на противоположную, и конденсатор 30 начинает медленно перезаряжаться, тем самым создавая выдержку времени на включение данной секции конденсаторной баУареи. Перезаряд конденсатора завершается мгновенным изменением полярности напряжения на выходе Операционного усилителя 30, что приводит к включению исполнительного реле 2Ц, При этом его контакт 22 размыкается, а контакт 23 замыкается. При таком .переключении контактов величина пульсирующего напряжения, поступающего на вход 21 операционного усилителя, должна быть уменьшена для возмомнос. . 99 585510

ти получения уставки отключения, выбор требуемой выдержки времени осубольшей на величину ступени регулиро- ществляется изменением величины сования напряжения, чем уставка включения данной секции. Это достигается соответствующей установкой положения регулировочного ответвления 18 резистора 16. Получение команды на отключение секции батареи возможно лишь при превышении входным напряжением Ugj у став- to ки отключения, чем, по существу, определяется зона нечувствительности данного канала управления. При этом амплитудное значение пульсирующего напряжения, поступающего с резистоpa 1(j на вход 21 измерительного устройства сравнения, превысит опорное напряжение на втором его входе и на выходе операционного усилителя 25 снова появятся разнополярные импульсы напряжения, что после отсчета заданной выдержки времени, в конечном счете, приведет к отключению исполни тельного реле 2, т.е. восстановится исходное состояние всей системы управления данной секцией. Таким образом, регулируемые резис тгоры 11 и 12 необходимы для одновременного изменения обеих уставок-вклю чения и отключения каждого канала уп равления в отдельности, т.е. для независимого изменения взаимного расположения уставок разных каналов управления, D то время, как регулируем резисторы 13 и 16 служат для независимого изменения уставок включения и отключения соответственно одного и того же канала управления, т.е. для регулирования зон нечувствительности Причем принятая схема выполнения эле мента выбора уставок позволяет получить диапазон регулирования зоны нечувствительности , соответствующий двойному диапазону изменения сопротивлений резисторов 13 и 16. Для это го величины сопротивлений резисторов выбирают одинаковыми, а ре гулируемые резисторы 13 и 15 выполняют сдвоенными так, что при одновре менном перемещении регулировочнь|х от ветвлений 17 и 18 в противоположные стороны по схеме) положительному пр ращению сопротивления резистора 18 соответствует равное ему отрицатель(чое приращение сопротивления резистора 16 и наоборот. Для одновременного изменения уставок всех каналов управления предусмотрен регулируемый резистор 9,а

противления резистора 31.

Работа регулятора совместно с кон5денсаторной батареей, имеющей две секции с соотношением мощностей 1:2, поясняется диаграммой (фиг. 3). Если для ступеней регулирования напряжения ди,Л справедливо условие all,, : U(2 1:2, что соответствует принятому соотношению мощностей секций батареи, настройка уставок регулятора должна быть следующей: U-1 U,j+|flU,; и ли, ,dU, При этом выдержки времени каналов управления первой и второй секциями батареи лЦ и 4ti7 должны удовлетворять условию dt и tiji . В исходном состоянии обе секции конденсаторной батареи отключены. Уставки включения и Uo и уставки отключения U , Un соответствуют принятым условиям и расположены на диаграмме так, как это показано на фиг. 3. При медленном понижении напряжения сети (т.е. таком, при котором выдержками времени At, utr можно пренебРечь) включение первой секции конденсаторной батареи произойдет в случае уменьшения lJgxfl° величины, мень- шей, чем уставка включения U первой секции, что соответствует точке Л диаграммы. После включения первой секции напряжение в сети возрастет на величину ступени регулирования , что будет соответствовать точке В диаграммы, а включенная мощность окажется равной Q. При дальнейшем снижении напряжения сети никаких изменений состояния первой секции произойти не может, поэтому в точке С включится вторая секция и напряжение сети 1)соответственно возрастет на величину ступени регулирования u{(i, что будет соответствовать точке D диаграммы. Поскольку возросшее напряжение Ug превысило уставку отключения Ul первой секции, с выдержкой времени Л1 произойдет ее отключение и напряжение сети снова уменьшится на величину дУ, что будет соответствовать точке Е диаграммы, а включенная мощность окажется равной Qij. При дальнейшем снижении напряжения в точке К вновь произойдет включение первой секции, напряжение сети Ug,CHO11ва возрастет на величину лU (точка L), а включенная мощность окажется Ьавной Q + Qrt и все возможности дальнейшего увеличения реактивной мощности на этом будут исчерпаны. Процесс регулирования при повышении напряжения будет происходить аналогично, т.е. в точке М произойд отключение первой секции, в точке N - отключение второй секции, но поскольку напряжение сети уменьшится на величину лU,. (точка Р) и ста , нет меньше уставки включения U, пр изойдет повторное включение первой секции и общая включенная мощность окажется равной Q, Далее в точке Z отключится первая секция и включе ная мощность окажется равной нулю, на чем будут исчерпаны все возможны варианты процесса отключения секций При наличии двух секций конденса торной батареи получено трехступенчатое регулирование, если же число секций будет равно трем, получим шестиступенчатое регулирование, и т.д. Причем необходимая логика регулирования осуществлена не по напе ред заданной программе, что дополнительно потребовало бы применения программной приставки, а только лиш благодаря принятой настройке автоматического регулятора в соответствии с предлагаемым способом регулирования. При этом в течение всего рассмот ренного цикла регулирования общее число коммутаций первой секции составило шесть, а второй секции лишь две. Это означает, что коммутационная аппаратура первой секции, находящаяся в более легких условиях так как коммутирует меньшую мощност Q, нагружена большим числом коммутаций, что оправдано экономически. Кроме того, в случае быстрых изменений напряжения сети Ug (однако длительно продолжающихся) за предел уставок сразу нескольких каналов уп равления, благодаря селективной настройке элементов выдержки времени Д1 At,2 включится именно та секция, кЬторая необходима по условиям компенсации изменения напряжения се ти. Например, напряжение 1)п,быстро снизилось до величины, меньшей уста ки включения второй секции. Хотя ка нал управления первой секции при эт также прийдет в действие, включится 5 сначала только вторая секция, так как выдержка времени at на ее включение меньше, чемл. Аналогичное явление произойдет при быстром повышении напряжения сети. Следовательно, получен дополнительный эффект автоматического выбора Необходимой по условию регулирования напряжения реактивной мощности секции конденсаторной батареи. Эффект увеличения ступеней регулирования по сравнению с числом секций конденсаторной батареи возможен при достаточно точной настройке и, главное, возможен при высокой стабильности взаимного расположения уставок регулирования всех каналов управления, что обеспечивается использованием общих для всех каналов управления преобразователя напряжения и источника опорного напряжения, а также принятой конструкцией и схемой включения элемента выбора уставок, неподверженного влиянию внешних факторов. В случае равных по мощности ступеней регулирования преимущество данного автоматического регулятора заключается лишь в упрощении системы регулирования, по крайней мере, при числе секций п 3 благодаря отказу от применения программной приставки и упрощению канала управления секцией, в котором не требуется логическая часть. При необходимости регулирования конденсаторной батареи по напряжению сети к току выгрузки автоматический регулятор напряжения может быть дополнен элементом токовой компенсации любого типа. При этом основные принципы многоступенчатого регулирования неизменяются. В случае односекционной конденсаторной батареи в результате использования лишь одного канала управления также возможно упрощение системы автоматического регулирования. Применение многоканального автоматического регулятора данного типа возможно и в качестве статистического анализатора качества напряжения при обеспечении его соответствующим выходным устройством. Экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения по сравнению с известными заключается в уменьшении потерь электроэнергии в сети благо аря возможности получения большего, нем число секций батареи, количества ;тупеней регулирования и возможности автоматического выбора необходимой 10 условиям регули1эования реактивной мощности ступени, а также - в улучнении режима напряжения в сети благодаря уменьшению ширины зон нечувстзительности для ступеней, меньших по мощности, чем наибольшая, Кроме того, упрощается система регулирования и более рационально используется коммутационная аппаратура формула изобретения 1. Автоматический регулятор напряжения для конденсаторной бат.ареи, содержащий преобразователь напряжения с регулируемым резистором на выходе, имеющим регулировочное ответвление, элемент выбора уставок, источник опор ного напряжения и канал управления, секцией батареи, включающий в себя блок сравнения, элемент выдержки времени и исполнительное реле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления п секциями конденсаторной батареи, в него введен п-1 канал управления, п-1 эле-зо мент выбора уставок и п-1 параллельно соединенные регулируемые резисторы с регулировочными ответвлениями, причем входы элементов выбора уставок подключены соответственно к п регулировочным ответвлениям резисторов, а их выходы - к первым входам блоков сравнения, к вторым входам которых

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Устройство автоматическое типа АРКОН-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Рижский опытный завод Латвэнерго,1975.

2.Авторское свидетельство СССР Н 316151, кл. Н 02 D 3/12, 1965.

3.Выключатель автоматический ВАКО. 5514 присоединен общий для всех каналов управления источник опорного напряжения. 2.Автоматический регулятор по п.1, отличающийся тем, что, в качестве элемента выбора уставок применена цепь двух параллельно соединенных групп дополнительных резисторов с регулировочными ответвлениями, причем последовательно в цепь первой группы дополнительных резисторов введен замыкающий контакт исполнительного реле, размыкающий контакт которого включен последовательно в цепь второй группы соответствующего канала управления, а к регулировочным ответвлениям групп дополнительных резисторов подключена пара диодов, имеющих общий вывод. 3.Автоматический регулятор по п.1, отличающийся тем, что элемент выдержки времени содержит операционный усилитель с группой ре зисторо в элемента выдержки времени, на входе и с конденсатором в цепи обратной связи. Техническое описание. Рижский опытный завод Латвэнерго, 1975. . Авторское свидетельство СССР № 521557, кл. Н 02 о 3/12, 1975.

фаг. 1

Sx .Л

Of

/; JS

S,

/ о