Устройство опережения синхронизатора

 

1. УСТРОЙСТВО ОПЕРЕЖЕНИЯ СИНХРОНИЗАТОРА, содержащее фильтр низких частот, к выходу которого подключены последовательно соединенные масштабный преобразователь, сумматор и компаратор, а также вход дифференциатора, выход которого через другой масштабный преобразователь подключен к второму входу сумматора, логическую схему ограничения максимальной скорости скольжения и формирователь выходных импульсов , отличающееся тем, что, с целью повышения точности , оно снабжено блокс1ми умножения, вторым фильтром низких частот, формирователем импульсов, логическим блоком, выполняющим операцию И, и вторым компаратором, причем входы первого блока умножения подключены к зажимам для подключе(|ия на напряжение одного источника синхронизируемых напряжений и на напряжение второго источника синхронизируемых напряжений, сдвинутое относительно напряжения одноименного напряжения первого источника на 90., входы второго блока умножения подключены к зажимс1м для подключения на одноименные напряжения указанных источников синхронизируемых напряжений, выход первог.о блока умножения подключен к входу первого фильт-ia низких частот, выход первого компаратора через формирователь импульсов подключен к входу логического блока, вьшолн5пощего операцию И, к второму входу которого подключен выход второго компаратора, вход которого через второй фильтр низких частот подключен к выходу второго блока умножения, к третьему входу логического блока, выполняющего операцию,И, подключен выход логической схемы ограничения максимальной скорости скольжения, а выход логического блока , выполняющего операцию И, связан с формирователем выходных импульсов. 0) 2.Устройство по п.1, о т л и чающееся тём что формирователь импульсов выполнен юднополяр , ным. 3.Устройство по nil, отлич аюсцееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем ос5ацествления регулирования частоты при синхронизации генераторов , оно снабжено инвертором, логической схемы ИЛИ и двухвходовой логической схемой И, формирователь импульсов выполнен двухполярным, а логический блок, выполняющий операцию И, выполнен в виде двух двухвходовых логических схем И, причем выход формирователя импульсов подключен к первому входу первой логической схемы И указанного логического блока, к второму .входу которой псяключен выход йторого компаратора, а выход является первым выходом для регулирования частоты и соединен с первым входом логической схемы ИЛИ, выход формирователя импульсов через инвертор подключен к первому входу дополнительно введенной двухвходовой логической схемы И, к второму

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН, (19) (11) 3(59 Н 02 J 3 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3488914/24-07 (22) 16.07.82 (46) 07.02.84. Бюл. Р 5 (72) В.В. Зубашенко и В.У. Кизилов (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. Ленина и Производственное энергообъединение "Харьковэнерго" (53) 621.316.729(088.8) (56) 1..Беркович М.A. и др. Основы автоматики энергосистем. N., "Энергия", 1968, с. 206-209.

2. "Электричество", 1981, Р 1, с. 17-22.

3. Патент США В 3562545, кл. 307-87, 1971. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ОПЕРЕЖЕНИЯ.

СИНХРОНИЗАТОРА, содержащее фильтр низких частот, к выходу которого подключены последовательно соединенные масштабный преобразователь, сумматор и компаратор, а также вход дифференциатора, выход которого через другой масштабный преобразователь подключен к второму входу сумматора, логическую схему ограничения максимальной скорости скольжения и формирователь выходных .импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено блоками умножения, вторым фильтром низких частот, формирователем импульсов, логическим блоком, выполняющим операцию И,. и вторым компаратором, причем входы первого блока умножения подключены к зажимам для подключения на напряжение одного источника синхронизируемых напряжений и на напряженйе второго источника синхронизируемых напряжений, сдвинутое относительно напряжения одноименного напряжения

4 первого источника на 90, входы второго блока умножения подключены к зажимам для подключЕния на одноименные напряжения указанных источников синхронизируемых напряжений, выход первого блока умножения подключен к входу первого фильтра низких частот, выход первого компаратора через формирователь импульсов подключен к входу логического блока, выполняющего операцию И, к второму входу которого подключен выход второго компаратора, вход которого через второй фильтр низких частот подключен к выходу второго блока умножения, к третьему входу логического блока, выполняющего операцию,И, .подключен выход логической схемы ограничения максимальной скорости скольжения, а выход. логического блока, выполняющего операцию И, связан ф с формирователем выходных импульсов.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов выполнен .однополярным . И

3. Устройство по п .1, о т л и ч ающе е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем осуществления регулирования частоты при синхронизации генераторов, оно снабжено инвертором, - логической схемы ИЛИ и двухвходовой логической схемой И, формирователь импульсов выполнен двухполярным, а логический блок, выполняющий операцию И, выполнен в виде двух двухвходовых логических схем И, причем выход формирователя импульсов подключен к первому входу первой логической схемы И указанного логического.блока, к второму входу которой подключен выход второго компаратора, а выход является первым выходом для регулирования частоты и соединен с первым входом логической схемы ИЛИ, выход формирователя импульсов через инвертор подключен к первому входу дополнительно введенной двухвходовой логической схемы И, к второму

1072177 логической схемы.

30

35 входу которой подключен выход второго компаратора, а выход является вторым выходом для регулирования частоты и соединен с вторым входом логической схемы ИЛИ, выход которой подключен к первому входу второй двухвходовой логической схемы И указанного логического блока, к второму входу которой подключен выход логической схемы ограничения максимальнрй скорости, а выход -соединен с входом формирователя выходных импульсов.

Устройство относится к элементам энергетической автоматики и может быть использовано при синхронизации генераторов и частей энергосистемы,, а также в других устройствах синхронизации двух независимых источников переменных напря- жений.

Известно устройство, используемое для синхронизации генератора, в котором вырабатывается импульс на включение выключателя генератора в момент, опережающий момент совпадения по фазе генератора и системы, на время, равное времени включения выключателя генератора. Такое устройство содержит блок вычитания синхронизируемых напряжений для выделения напряжения биений, дифференциатор, сумматор, схему сравнения и блок логики (1), Недостатки данного синхронизатора связаны в основном с работой устройства опережения и определяются зависимостью угла включения от разности величин синхронизируемых напряжений и непостоянством скорости их скольжения в течение периода биений.

Известно также устройство опережения, в котором синхронизируемые напряжения первоначально ограничиваются по уровню, по моментам перехода через ноль, а затем одно из них подключается к фазочувствительному выпрямителю (ФЧВ), а второе к управляющему входу ФЧВ. Низкочастотная составляющая напряжения на выходе ФЧВ является треугольной функ цией угла сдвига фаз синхронизируемых напряжений (2 .

Наиболее близким к изобретению является устройство опережения синхронизатора, содержащее фильтр низких частот, к выходу которого подключены последовательно соединенные

4. Устройство по п.1,3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что логическая схема ограничения максимальной скорости скольжения состоит из логической схемы И, логической схемы

НЕ и одновибратора, вход которого, подключен к выходу второго компаратора, а выход через логическую схему НЕ подключен к одному входу логической схемы И, к второму входу которой подключен выход, второго компаратора, а выход является выходом масштабный преобразователь, сумматор и компаратор, а также вход дифференциатора, выход которого через другой масштабный преобразователь подключен к второму входу сумматора, логическую схему ограничения максимальной скорости скольжения и формирователь выходных импуль-. сов $3J .

Недостатком известного устройства опережения является то, что его работа существенно зависит от формы

° преобразуемых сигналов. В последнее время этот недостаток сказывается все больше, так как увеличилось содержание гармоник в электрических сетях, из-за широкого применения инверторов и других. устройств с управляемыми вентилями. Распространение устройств опережения на AIIB линий с двухсторонним питанием еще более обострило эту проблему.

Зависимость работы известного устройства опережения от формы кривой объясняется тем, что форми25 руемые меандры определяются только моментами перехода напряжений через ноль. При наличии гармоник, напри мер, третьей, сдвинутой по фазе относительно первой, меандр сдвигается по фазе и такой сдвиг может быть создан синусоидальным напряжением, сдвинутым по фазе на этот угол. В результате синхронизатор стремится включить выключатель в момент, когда основные гармоники синхронизируемых напряжений не совпадают по фазе.

Цель изобретения — повышение

40 точности работы, что снижает толчки тока и связанные с ним динамические воздействия на электрооборудование. укаэанная цель достигается тем, что устройство опережения синхрони45 затора, содержащее фильтр низких

1072177 дополнительно введенной двухвходовой логической схемы И, к второму входу которой подключен выход второго компаратора, а выход является вторым выходом для регулирования частоты и соединен с вторым входом логической схемы ИЛИ, выход которой подключен к первому входу второй двухвходовой логической схемы И указанного логического блока, к второму входу кото10 рой подключен выход логической схемы ограничения максимальной скорости скольжения, а выход соединен с входом формирователя выходных импульсов. !

5 Логическая схема ограничения максимальной скорости скольжения

:состоит из логической схемы И, логической схемы НЕ и одновибратора, вход которого подключен к выходу второго компаратора, а выход через логическую схему НЕ подключен к одному входу логической схемы И, к второму входу которой подключен выход второго компаратора, а выход является выходом логической схемы.

На фиг, 1 и 2 изображена функциональная схема предлагаемого устройства опережения; на фиг. 3 — логическая схема ограничения максимальной скорости скольжения; на фиг. 4— кривые, поясняющие работу устройства.

При этом формирователь импульсов выполнен однополярным.

С целью. расширения функциональных возможностей путем осуществления регулирования частоты при синхронизации генераторов, устройство снаб.жено инвертором, логической схемой

ИЛИ и двухвходовой логической схемой И,,при этом формирователь импульсов выполнен двухполярным, а логической блок, выполняющий операцию И, выполнен в виде двух двухвходовых логических схем И, выход формирователя импульсов подключен к первому входу первой логической схемы И укаэанного логического блока, к второму входу которой подклю.чен выход второго компаратора, а выход является первым выходом для регулирования частоты и соединен с первым входом логической схемы ИЛИ, выход формирователя импульсов через инвертор подключен к первому входу

3 частот, к выходу которого подключены последовательно соединенные масштабный преобразователь, сумматор и компаратор, а также вход дифференциатора, выход которого через другой масштабный преобразователь подключен к второму входу сумматора, логическую схему ограничения максимальной скорости скольжения и формирователь выходных импульсов, снабжено блоками умножения, вторым фильт.— ром низких частот, формирователем импульсов, логическим блоком, выполняющим операцию И, и вторым компаратором, причем входы первого блока. умножения подключены к зажимам для подключения на напряжение одного источника синхронизируемых напряже-,: ний и на напряжение второго источника синхронизируемых напряжений, сдвинутое относительно напряжения одноименного напряжения первого источника на 90, входы второго блока умножения подключены к зажимам. для подключения на одноименные напряжения указанных источников синхронизируемых напряжений, выход первого блока умножения подключен к входу первого фильтра низких частот, выход первого компаратора через фор" мирователь импульсов подключен к входу логического блока, выполняющего операцию И, к второму входу которого подключен выход второго компаратора, вход которого через второй фильтр низких частот подключен к выходу второго блока умножения, к третьему входу логического блока, выполняющего операцию И, подключен выход логической схемы ограничения максимальной скорости скольжения, а выход логического блока, выполняющего операцию И, связан с формирователем выходных импульсов.

Устройство опережения, представленное на фиг ° 1 и 2, содержит блок

1 умножения, к выходу которого подключен источник одного из синхронизируемых напряжений, например UA, фазы A.ñèñòåìû. Источник второго синхронизируемого напряжения, например Бд фазы A генератора,.подключен к второму входу блока 1 через блок 2 сдвига фазы на 90 . Выходной сигнал блока 1 подан на вход фильтра 3 низких частот (ФНЧ), выход которого подключен через масштабный преобразователь 4 и соответственно через дифференциатор 5 и масштабный преобразователь 6 к входам сумматора 7 ° Выход сумматора 7 через компаратор 8 и однополярный (фиг. 1) или двуполярный (фиг. 2) формирователь 9 импульсов подключен к первому входу логического блока 10, выполняющего операцию И. К входам второго блока 11 умножения подключены источники синхронизируемых напряжений UAq u UAz

Выход блока 11 умножения через второй ФНЧ 12 и второй компаратор 13 подключен (фиг. 1) к второму входу логического блока 10, к третьему входу которого подключен выход логической схемы 14 ограничения максимальной скорости скольжения. Выход логического. блока 10 подключен к входу формирователя 15 выходных импульсов.

1072177

Устройство опережения, предстаВленное на фиг. 2, обладает воэможностью осуществлять регулирование частоты при синхронизации генераторов. Для этого логический блок, ныполняющий операцию И выполнен в виде двух двухнходовых логических схем И 16 и 17, и устройство снабжено иннертором 18, логической двухнходовой схемой И 19 и логической схемой ИЛИ 20. К входу двухвходовой схемы И 16 подключены выходы формирователя 9 импульсов и компаратора 13. К входу двухвходовой схемы И 9 подключены выходы компаратора 13 и инвертора 18. С выходов логических схем И 16 и 19 снимаются сигналы на регулирование частоты в сторону прибавления и убавления.

Кроме того, выходы логических схем

И 16 и 19 через логическую схему . ИЛИ подключены к входу логической схемы И 17, к второмувходу которой подключен выход логической схемы 14,. ограничения максимальной скорости скольжения., а выход подключен к входу формйронателя 15 выходных импульсов.

На фиг. 3 приведен вариант выполнения логической схемы 14, где выход второго компаратора 13 подключен к однонибратору 21 и к одному входу логической схемы И 22, к второму входу схемы подключен через логическую схему HE 23 выход одновибратора 21, а выход схемы 22 является выходом логической схемы 14.

На фиг. 4 показаны напряжения на выходе элементов схемы фиг. 1 и 2, индекс при напряжении указывает на номер элемента, на выходе которого имеет место данное напряжение.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что напряжение сис- . темы искажено наличием третьей гармоники и будем считать, что напряжение генератора синусоидальное.

I сд=Цщ (ь с11 0ср, п(3ис )

0дг=П „ (г) где выбирают начало отсчета времени от момента совпадения нулевых значений напряжений Uc u Uz при отсутствии гармоник.

После поворота на 90 напряжео ния U>< посредством фазосднигающей цепи, дифференцирования или интегрирования, получают

Uj — К КЦгм совсдг< ° . где н общем случае К=К(сог-), а напряжение на ныходе блока 1 определяется как

14i = к",m,Uc„„эры,1 cos гС 0,5 k U г „Оса„ 1й Я Д+

+051 Огв, 1св„э н(г с+ с г1 1 0 5"О"ггг Ucmq+ п х

5 хЬ3>с г - частота скольжения.

На выходе ФНЧ 3 будет. только низкочастотная составляющая напряжения

10 . Uз=0,50га Ucm„sinu>t, которая не зависит от высших гармоник и определяется только основными гармониками Усд и Бгд . На выходе дифференциатора 5 после масштабного преобразователя б йапряжение равно (1ь=Кбса,0,5k U Ucmcos яэла, где К вЂ” коэффициент преобразонания масштабного преобразователя б.

Напряжение на выходе сумматора 7 будет равно

"Z= i

" cm,соби t=4 э1т ыз1+ „сонгми <)= (K6635

А

30 =, соб х. "" 4 " где

k669 "=05КЧku m,Ucm„,t(К р

К4 - коэффициент преобразования масштабного преобразователя 4.

Из (7) следует, что напряжение ПГ проходит через ноль дважды эа период, когда

40 г 1+ м =! и когда

1, 63 - + к 2 Я

Первый случай соответствует противофазному положению векторов синхрони45 зируемых напряжений, а второй— совпадению их по фазе. Кривые напряжения на выходе элементов устройства

3, б и 7 показаны на фиг. 4 сплошной линией для случая, когда частота

50 генератора меньше частоты системы

Мс, а пунктирной для случая 4) сзг при одинаковой их разности. Из кривых видно, что различить два, нуля напря.жения нельзя ни .по знаку U9 ни по знаку производной, так как они изменяются при изменении знака разности частот. Предлагается для выявления требуемого нуля использовать знак низкочастотной составляющей произведения синхрониэируемйх напряжений Бдс и Up,, которая определяется н соответствии с (1) и (2).

U«=)Uc Äein(u,t) t 0сг эмап(Зч,1+ЧД)х"

< (Upm 5irl4)gt) 1072177 а на выходе ФНЧ 12, напряжение равно

u,==O,5 О О„ которое не изменяет знак при изменении знаками и положительно в области совпадения по фазе синхронизи- 5 руемых напряжений, что видно на фиг. 4. Комапаратор 13 повыаает чет- кость фиксации знака напряжения Ц1 .

При а iс), как видно из фиг. 4, совпадает знак импульса на выходе фор- 10 мирователя 9 с положительным напряжением на выходе компаратора 13 и на выходе схемы И 16 появится импульс в момент времени t<, определяемый соотношением (10), !5 lii -i(t

t = (Если определить. tg от обоих частей управления, вытекающего из (10)

at, = Ы-(,) С ®о =Ф®(Ь(-4)ep Д =1б ((т5-12) =Ф®Я9Соо .

1 где период разностей частоты Т =2Ф/, 25

1о„=Тв -tg - время опережения.

Иэ (8)

k6,.635 g((t 1t 4 6 oii (о

Ф

30 откуда

Z- (17) ф и не зависит от скоРости скольже-. . 35 ния и амплитуд основных гармоник синхронизируемых напряжений и от амплитуды и фазы высшей гармоники. . Однако сохраняется ограничение, связанное с заменой в (16) tg 5t „= t,40 которое при ограниченном значении угла опережения вносит значительно .меньшую погрешность, чем неучет искажения формы в существующих синхронизаторах.

Если скорость скольженияцваив о„, 45 то с выхода схемы ИЛИ 20 сигнал проходит на выход схемы И 17 и поступает на выход формирователя 15.

Выходной импульс формирователя поступает на исполнительное устройст- 50 во, осуществляющее включение выклю-, чателя.

Еслибы Qr то при положительном* напряжении на выходе компаратора .13 напряжение на выходе формирова- 55 теля 9 отрицательное и импульс на выходе схемы И 16 отсутствует.

При этом оказывается положительным импульс на выходе инвертора 18 и появляется импульс на выходе схемы И 19, который также появляется со временем опережения, определяемым (17), что приводит к правильному включению выключателя.

Наличие двух разных схем И (16 и 19), одна из которых срабатывает когда 6)э и„, а,вторая когда (.)зc u(., независимо от величины скорости скольжения (в определенных пределах), позволяет испольэовать сигнал с выхода схем И 16 и 19 для подгонки частоты вращения генера.тора; осуществляя воздействие на (МИСВ) мотор изменения скорости вращения (фиг 2) . Это позволяет от,казаться oT выполнения специальной схемы подгонки частоты генератора, хотя и можно использовать сигналы с выхода схем 16 и 19, чтобы воздействовать на ИИСВ не непосредственно, а по более сложному закону, зависящему от этих сигналов.

Если устройство используется для AIIB линий с двухсторонним питанием, когда отсутствует необхо-. димость управления частотой ив, то устройство выполняется в соответ- ствии с. фиг. 1. Сигнал с выхода компаратора 13 поступает на вход одно- вибратора 21, имеющего время сраба тывания t . Запуск одновибратора происходит всегда с постоянным углбм опережения 9 /2 момента совпадения фаз основных гармоник синхронизируемых напряжений (фиг. 4), что соответствует времени опережения

1(/2<„> . Если одновибратор успеет сработать до появления импульса на выходе схемы ИЛИ 20 (фиг. 2), то при появлении этого импульса появится импульс на выходе схемы И 17 и произойдет включение выключателя.

Если же до появления импульса на выходе. схемы ИЛИ 20, одновибратор 21 не сработает, то не будет импульса и на выходе схем. 14 и 17 и не включится выключатель. Отсюда требование, что длительность импульса на выходе формирователя 9 должна быть мала, например представляет собой простой дифференциатор напряжения

U с малой постоянной времени, т.е. дает импульсы соответствующего знака при переходе И через ноль.

Если одновибратор 21 сработает, то на его выходе исчезнет импульс, а на выходе схемы НЕ 23 появится импульс и до момента изменения знака сигнала компаратора 13 на выходе схемы И 22 будет положительный импульс. С ростом скорости скольжения момент срабатывания одновибратора 21 приближается к моменту появления импульса на выходе схемы

ИЛИ 20 и при частоте ограничения ищ эти моменты совпадают.

t оп>

5 огр откуда (Г

5о(р n(I g „).- 5доо.

1072177

Уравнения (18) и (1 9) позволяют либо по известной максимальной скорости скольжения найти время одновибратора (20) или по известному его времени найти максимальную, скорость скольжения. Схемы ИЛИ 20 и И 17 позволяют вводить дополнительный сигнал на ограничение возможности включения выключателя, например по раз- ности значений амплитуд синхронизи- ° руемых напряжений или их средних значений, что используется в извест« ных синхронизаторах.

Наиболее Существенны преимущества предлагаемого устройства опережения в случае синхронизации частей системы посредством AIIB с ожиданием синхронизма, осуществляемого с постоянным временем опережения, когда гармоники могут быть больше, чем при синхронизации генератора систе-. мой.

В предлагаемом устройстве исклю- чается ошибка в. угле включения выключателя, определяемая .наличием гармоник в синхронизируемых напряжениях и обеспечивается включение выключателя в момент совпадения фаз основных гармоник синхронизируемых напряжений.

Все это позволяет получить существенный экономический эффект, 30 основная часть которого определяется ускорением процесса объединения частей энергосистемы и уменьшением реального толчка тока в оборудовании энергосистем. Величина эконо)5 мического эффекта зависит от статических параметров, определяющих частоту работы таких устройств, и от влияния увеличения толчков тока на сокращение межремонтных промежутков времени и связанный с этим недоот" пуск энергии.

1072177

1072177 а с . г

Составитель К. Фотина

Редактор П. Макаревич Техред A.Áàáèíåö . Корректор A. Зимокосов

Заказ 138/48 Тираж 614 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4