Устройство для регулирования напряжения узла нагрузки Советский патент 1983 года по МПК H02P9/14 H02J3/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ УЗЛА НАГРУЗКИ. ,., , 1 : : , Изобретенне относится к средствам автоматического регулирования напряжения сети, преимущественно в узлах нагрузки, .питаемых от источника электр снабркения ограниченной, или соизмеримой мощиости (например, при питании электрических буровых установок, экск ваторов и др.). И естны устройства для регулирования напряженш и реактивной мопшости в узле нагрузки с помощью компенсирую щих установок) которые применяются с целью повышения экономичности режвма сетк 11 . Однако в данньпс устройствах при выборе способ и средств ав матического регулирования напряжения не учитывается ущерб от отклонений и колебаний питающего напряжения в узле нагрузки. Наиболее близким техническим рещением к предлагаемому устройству является устройство для автоматического регулирования напряжения на подстаншш распределительной сети, содержащее трансформатор напряжения в узле аагруз4 ки, трансформатор тока нагрузки CHBxpoifr ного двигателя, выходы которых соединены со входом автоматического регуля-тора тока о&моткя возбуждения синхронного двигателя. В этом устройстве измеряют напряжение подстанции, реактивный ток трансформатора, реактивный ток распределительной сети и в зависимости от суммы полученных сигналов производится регулирование трансформатора связии источника реактивной мощности. В таком устройстве для регулирования автоматически поддерживается заданный уровень напряжения на подстан они распределительной сети . Однако применительно к узлам нагрузки, питающихся от трансформатора связи длинными линиями электропередач, имеющих значительное сопротивле- ние (например, при питаний бурсжых установок), применение такого устройства регулирования не обеспечивает необходимой точности поддержания напряжения, так как оценка качества напря жения не производится непосредственно на зажимах узла нагрузки и не учитывает знак отклонений :напряжения. Целью изобретения является повьпие- ние качества напряжения в узле нагрузки Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования напряжения в узле нагрузки с синхронными двигателями, содержащее, трансформатор напряжения, трансформатор тока нагрузки синхронного двигателя, выходы которы соединены с входом автоматического регулятора тока обмогки возбуждения синхронного двигателя; снабжено статнстическим анализатором.качества напряжения блоком связи и апериодическим звеном, при этом вход статистического анализатора качества напряжения подключен-к трансформатору напряжения узла нагрузки а его выход через блок связи соединен со входом первого апериодического звена, выход которого соединен с входом автоматического регулятора тока обмогки возбуждения. сийхронного двигателя. При этом статистический анализатор качества напряжения вьшрлнен в виде пороговых элементов, соединенных с релейными элементами, контакты первой половины релейных элементов подключены к источнику опорного напряжения положительной полярности блока связи и через резисторы блока связи соединены с выходом апериодического звена, а вторая половина контактов релейных элементов под слючена к источнику опорного напряжения отрицатель ной полярности связи и через резисторы блока связи соединена с указанным вхоаом. Кроме того, при наличии трансформатора связи и регулятора напряжения транс форматора связи устройство снабжено вторым апериодическим , включенным между одом регулятора напряжения и выходом блока связи. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства регулирования напряжения в узле нагрузки с синхронными двигателями; на фиг. 2 - схема статистического анализатора качества напряжения и блока связи, на фиг. 3 - кривые зависимости выходного напряжения апериодических звеньев от величины отклонений напряжения при различных значениях стандартного отклонения (а) и математического ожидания отклонений напря женяя (6) Г полученных экспериментально. Устройство регулировйяяя напряжения в узле нагрузки содержит синхронный авигатель 1, трансформатор 2 напряжения в узле нагрузки, трансформатор 3 тока нагрузки синхронного цвигателя, автомат ческий регулятор 4 тока обмотки возбужцения синхронного цвигателя, статистический анализатор 5 качества напряжения с пороговьали элементами 6 и релейными элементами 7, блок 8 связи, первое апериодическое звено 9, второе апериоаическое звено 1О, регулятор 11 напряжения трансформатора связи, трансформатор 12 связи, линию электропередачи с активным 13 и индуктивным 14 сопротивлением. Звено 5 может быть технически выполнено, например, я базе вьшускаемого промьпиленностью прибора САКН, а звенья 9 и 1О - на базе операционных усилителей. Трансформатор 2 -напряжения и звенья 5 - Ю служат для определения аналоговых величин, пропорциональньщ составляющим ущерба ог отклонений и колебаний питающего напряжения. Величина ущерба V пропорциональна величине суммы квадрата ереднеквадратического отклонения ( и квадрата математического ожидания Хуотклонений напряжения с учетом коэ(ффициента К , зависящего от типа энергоустановки, ее экономических характеристик и времени работы Т электрооборудования, подключенного в нагрузки при отклонениях напряжения, т.е. V (еГу+)или у KTN . Неодинаковость напряжения N определяется выражением11 , О-ЧСШаи, (1) wiv f Uivu... U., предельные значения гТпП мчДА отклонений напряжения сети ог номинального значения 0ц , которые в энергосистемах изменяются от - 0,15 Uu цо -i-0,15Uv,; - плотность распределения отклонений напряжения (J. которая подчиняется нормальному (Гауссовс-. кому) закону с параметрами ffy и/Jjj . В соответствии с (1) определение величины N производится в такой последовательности (фиг. 2). Изменяющийся во времени сигнал отклонения напряжения сети U от Т(«нсформатора 2 напряжения пшается на вход статистического анализатора 5, затем на его пороговые элементы 6 с уровнями открывания (J . Выход кажцого из таких элементов соединен с вхоаом соответствующего релейного эпемента 7. При этом относительное время включения i -порогового элемента цает . статистическую оценку функции f (U), при и . Контакты пераой и второй половины релейных элементов подключены к источникам опорного напряжения положительной и отрицательной полярности блока связи, и через резисторы блока связи - с входами апериодических звеньев Следовательно, при срабатывании i -релейного элемента на вход апериодического звена подается сигнал, пропорциональный отклонению напряжения поляр ностью, соответствующей отклонению напряжения сети от номинального: +uU;i соответствует повышению напряжения, -Ди - снижению напряжения. Величины сопротивлений R ... R Ьыбираются из условия получения выходного напряжения апериодических звеньев, пропорционального Д и . . Таким образом, на выходах обоих апериодических звеньев 9 и 10 образуются напряжения, пропорциональные неодинаковости напряжения Ы .Для вьщеления ее составляющих постоянная времени 4,1 звена 9 принимается в 10-15 раз меньше, чем такая же постоянная -Ь второго звена 1О. Благодаря этому, сигнал на выходе звена 9 представляет собой i оценку Gxj . а сигнал на выходе звена 1О - оценку величины На фиг. 3(а) приведены экспериментально снятые кривые выходного напряжения первого апе|риоаического звена в функции отклонений напряжения сети прн /J и О и двух значениях стандартного отклонения Gy 2% и бу 4% при постоданой времени t. 5О с.. На фиг, 3 (б) показаны кривые выходного напряжения второго апериодического звена в функции отклонений напряжения сети при Оу 2% и значениях математического ожидания ,5%, -5,6% при постоянной времени 560С . Звенья 2,5-9 совместно с датчиком тока нагрузки синхронного двигателя служат для управления автоматическим регулятором 4 тока возбуждения синхронт ного двигателя 1. На вход автоматическо го регулятора возбуждения подается также сигнал ограничения минимально допустимого тока возбуждения .UQ (ограничения тока возбуждения снизу). Напряжение с выхода первого апериодического звена, пропорциональное квадрату станцар ного отклонения , имеет знак минус при повышении напряжения сети от номинального и действует в сторону уменьше«. ния тока возбуждения синхронного двигателя, и знак плюс при его снижении и направлено в сторону увеличения тока возбуждения С1шхронного двигателя. Звенья 2,5 - 8, 10 совместно с регулятором 11 напряжения трансформатора связи для управления трансформатором связи. Регулятор 11 напряжения оснащен устройством ручного регулирования уровня напряжения сети Up . Напряжение с выхода второго апериодического звена пропор1ионально квадрату : математического ожидания у и зависит от начальной установки напряжения силового трансформатора, определяемой конкретно для каждого типа силовой энерн гоустановки, ее экономических характе- ристтс, длины питаюшей линии. Напряжение выхода второго апериодического звена со знаком минус будет при напряжении сети больше установленного начального значения и со знаком плюс при напряжении сети меньше установленного значения и действует в сторону соответ ственно уменьшения и увеличения напряжения трансформатора связи, В расчетном режиме, при U Оц напряжение выхода апериодических звеньев равно нулю, поэтому ток возбуждения синхронной машины, работающей в режиме компенсатора, устанавливается минималь ным ( ) и никаких изменений в схему, регулирования не вносится. То же относится и к режимам работы синхронного двигателя, при которых ущерб от отклонений напряжения равен нулю. В других режимах, отклоняющихся от указанных, устройство управления работает следующим образом. Пусть в узле нагрузки, питающемся от трансформатора линией электропередачи, нагрузка за счет подключения потре- . бителей электроэнергии увеличивается во времени. Это приводит к увеличению отклонений питающего напряжения и к снижению уровня отклонения напряжений и. Возрастает неодинаковость напряже - ния, следовательно, увеличивается сигнал положительной полярности на выходе звена 9, направленный на увеличение тока возбуждения синхронной машины, что приведет к восстановлению прежнего уровня напряжения, и следовательно, к улучшению качества напряжения в узле нагрузки. Если снижение напряжения но сит длительный характер, то через время i; 2 напряжение на выходе звена 1О поло жительной пояярности возрастает, приво 79915 цится в движение регулятор трансформато ра напряжения, повышающий начальный уровень напряжения сети, уровень отклонения напряжения сети в узле нагрузки уменьшится, приближаясь к номинальному, $ т.е. качество напряжения сети в узле нагрузки увеличится. Допустим, что уровень напряжения в узле нагрузки увеличился относительно номинального, В этих условиях, благода-Ю ря действию звеньев 9 и Ю, уровень тока возбуждения синхронного двигателя 1 и уровень напряжешга трансформатора 12 связи снижаются. Следовательно, и в этом случае осуществляется повьпле-|5 ние качества напряжения в узле нагрузки, т.е. в обоих случаях увеличирается производительность механизмов, улучшаются тепловые режимы работы электрических машин, сокращаются потери энер-20 гии в них и питающих линиях электропередач. Формула изобретения 1. Устройство для регулирования напряжения узла нагрузки с синхронными двигателями, содержащее трансформатор напряжения в узле нагрузки, трансформатор тока нагрузки синхронного двигателя выходы KOTOpatx соединены с входом автоматического регулятора тока обмоТки возбуждения синхронного двигателя, о т личающееся тем, чго, с целью повьпиения качества напряжения в узле нагрузки, оно снабжено статистическим анализатором качества напряжения, блоком связи в апериодическим звеном, при 48 чем вхоц статистического анализатора поцключен к трансформатору напряжения узла нагрузки, а его выхоа через блок связи соецинен с вхоаом апериоцическбго звена, выхоа которого соединен с входом автоматического регулятора тока возбуждения синхронного двигателя. 2. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что статистический анализатор качества напряжения выполнен в виде nofforoBbix элементов, соединенных с релейнымий элементами, контакты первой половины релейных элементов подключены к источнику опорного напряжения положительной полярности блока связи и через резисторы блока связи соединены с входом апериодического звена, вторая половина контактов релейных элементов подключена к источнику опорного напряжения отрицательной полярности блока сетзи и через другие резисторь блока связи соединена с входом апериодического звена. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и чакхшееся тем, что, с целью повыш ия качества напряжения в узле нагрузки при наличии трансформатора связи и регулятора напряжения трансформ матора, оно снабжено вторым апертюди- ческим звеном, включенным между входом регулятора напряжения и выходом блока Источникв информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 434534, кл. Н02 Т 3/12, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 438О78, кл. НО2 Т 3/12, 1975.

S:}И

Ю

Т

le,

«Ь«(в)

ФтЗ