Регулятор статического компенсирующего устройства

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электрических сетях промышленных предприятий с резкопеременными нагрузками. Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости - обеспечивается за счет астатического регулирования интегратором 8 и формированием импульсов управления тиристорами 18, 19 от угла фазового рассогласования в интервалах 0 - φ/2, φ - 3φ/2 и управления тиристорами в диапазонах φ/2 - φ, 3φ/2 - 2φ. Ток питающей сети модулируется импульсами, сдвинутыми относительно напряжения сети на 90 эл.град. Выходной сигнал модулятора 4, постоянная составляющая которого пропорциональна реактивной составляющей тока, поступает на первый интегратор 8, а с его выхода - на блок формирования импульсов управления тиристорами 18, 19, который работает по принципу интегрирования входного сигнала. В первой и третьей четверти периода с помощью интегратора 12 со сбросом интегрируется выходной сигнал первого интегратора, а во второй и четвертый - опорное напряжение. По достижении входным напряжением интегратора 12 со сбросом уровня переключения порогового элемента 13 происходит формирование импульса управления, который через схему распределения 9, 14, 15 поступает на тиристор, потенциал на аноде которого положительный. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) (5g)5 Н 02 J 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4622130/24-07 . (22) 11.10.88 (46) 07.08.90. Бюл. № 29 .. (71) Владимирский политехнический институт (72) .С.И.Малафеев и В.С.Мамай (53) 621.3.072.86 (088 ° 8) .(56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1267532 кл. Н 02 J 3/ 18, 1985. (54) РЕГУЛЯТОР СТАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСИ РУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электрических сетях промышленных предприятий .с резкопеременными нагрузками. Цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивостиобеспечивается за счет астатического регулирования интегратором 8 и формированием импульсов управления тирис-, торами 18, 19 от угла фазового рассогласования в интервалах Π— -, 7 --— у 3Р

2 . 2 и упранд)ения тиристорами в диапазо2

ЗГ нах — 3 .— — 27 . Ток питающей

2 2 сети модулируется импульсами, сдвинутыми относительно напряжения сети на 90 эл.град. Выходной сигнал модулятора 4, постоянная составляющая которого пропорциональна реактивной составляющей тока, поступает на первый интегратор 8, а с его выхода— на блок формирования импульсов управления тиристорами 18, 19, который работает по принципу интегрирования входного сигнала. В первой и третьей четверти периода с помощью интегратора 12 со сбросом интегрируется выходной сигнал первого интегратора, а во второй и четвертый — опорное напряжение. По достижении входным напряжением интегратора 12 со сбросом уровня переключения порогового элемента 13 происходит формирование импульса управления, который через схему распределения 9, 14, 15 поступает на тиристор, потенциал на аноде которого положительный. 1 s.ï.ô-лы, 3 ил.

1584032

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для исполь-, зования в электрических сетях промышленных предприятий с резкопеременными нагрузками.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости.

На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора статического компенсирующего устройства; на фиг. 2— схема логического блока; на фиг. 3-временные диаграммы работы устрбйства.

Регулятор статического компенсирующего устройства содержит первичный преобразователь 1 тока питающей сети, первичный преобразователь 2 напряжения, источник 3 опорного на-пряжения, модулятор 4,« фазовращатель

5, первый 6 и второй 7 релейные элементы, первый интегратор 8, логический блок 9, коммутатор 10, формирователь 11 импульсов сброса, второй интегратор 12 со сбросом, пороговый элемент 13, первый 14 и второй 15 двухвходовые элементы И, первый 16 и второй 17 формирователи импульсов управления тиристорами, первый 18 и второй 19 встречно-параллельно включенные тиристоры, реактор 20 и конденсаторную батарею 21.

В регуляторе статического компенсирующего устройства последовательно соединены первичный преобразователь 1 тока, модулятор 4 и первый интегратор 8, .выход которого подключен к первому информационному входу коммутатора 10, второй вход которого соединен с выходом источника 3 опорного напряжения, а выход через последовательно соединенные второй интегратор 12 и пороговый элемент 13 подключен к объединенным первым входам первого 14 и второго

15 элементов И, вторые входы подклю, чены соответственно к второму и третьему выходам логического блока

9, а выходы подключены соответственно через, первый 16 и второй 17 формирователи импульсов управления тиристорами к управляющим входам встречно-параллельных тиристоров 18 и 19, выход первичного преобразователя 2 напряжения подключен к объединенным входам фазовращателя 5 и второго релейного элемента 7, выход

Фазовращателя 7 через первый релейный элемент 6 подсоединен к первому входу логического блока 9 и управля- ющему входу модулятора 4, второй вход логического блока 9 соединен с выхо- . дом второго релейного элемента 7, а первый выход логического блока 9 подключен к управляющему входу коммутатора 10 непосредственно, а также к установочному входу второго интегратора со сбросом 12 — через формирователь 11 импульсов сброса.

Логический блок (фиг. 2) реализует функцию

>» + х,, h х„ х» h хя, 4

Логический блок содержит третий

2п 22 и четвертый 23 двухвходовые логические элементы И, двухвходовый логический элемент HJIH 24 и первый

25 и второй 26 логические элементы

НЕ. Первый вход х» логического бло25 ка подключен к объединенным первым входам третьего элемента И 22 и элемента ИЛИ 24, вторые входы которых также объединены и соединены с вторым входом х@ логического блока, вы-.

30 ходы третьего элемента И 22 и элемента ИЛИ 24 подключены к входам соответственно первого 25 и второго

26 элементов НЕ, входы четвертого элемента И 23 соединены с выходами первого элемента НЕ 25 и четвертого элемента И 24, выходы третьего 22 и четвертого 23 элементов И и второго элемента НЕ 26 служат выходами логического блока (у», у, у «).

Регулятор статического компенсирующего устройства работает следующим образом.

Напряжение питающей электрической сети

Я = 0 sin< t где U и 03 — амплитуда и частота„ поступает на вход первичного преобразователя 2 напряжения, а с его выхода — на входы фазовращателя 5 и второго релейного элемента 7. При этом на выходе Фазовращателя действует гармонический сигнал, сдвинутый по фазе относительно напряжения питающей сети U, на 90 эл.град.:

1584032

-К Кг U cos t где К и К» — коэффициенты передачи первичного преобразовапри Т/4 (t < 3T/4, Ue

Ц

< Т/4 и ЗТ/4 < t < T, при 0 < при 0 < t < Т/2 при Т/2 < t < Т, "е ц где U = const — напряжение, соответствующее уровню логической "1". при 0 < < Т/4 и T/2 < t < ЗТ/4, U, =Ц, ЖП„=

0 при Т/4 < t < Т/2 и ЗТ/4 < t < Т, V| при Т/4 < и < Т/2

0 прч 0 < < Т/4 и Т/2 < t < Т»

=х,nх

U< при

=х Ех аь

0 при

ЗТ/4 < t < Т

0 < с < ЗТ/4.

Импульсы Кз с первого выхода логического блока 9 поступают на вход формирователя 11 импульсов сброса, на

- выходе которого действуют короткие импульсы TL в моменты, соответствующие положительным фронтам импульсов

U.ä„, т.е. в моменты t = 0 и t<-=

= Т/2.

Выходной сигнал U. первого релейного элемента управляет модулятором

4. При U.< = 0 коэффициент передачи модулятора 4 равен К = -1 а при

0 = Б он Равен К4 1.

Импульсы К>, с первого выхода логического блока 9 управляют коммутатором 10. При П,, = 0 переключающий элемент коммутатора 10 находится в положении о, а при Ц, ., = U переключающий элемент находится в положении 6 .

Импульсы R и 11> с второго и третьего выходов логического блока

9 поступают на вторые входы логичес-.

i» 4 КтКк 11„sin (cot - 2) =

6 теля 2 напряжения и фазовращателя 5, Сигнал с выхода фазовращателя 5 поступает на вход первого релейного элемента б. На выходах первого 6 и второго 7 репейных элементов формируются последовательности прямоугольных импульсов соответственно:

Сигналы Ю и l1 поступают на перь вый и второй входы логического блока 9, на выходах которого формируются три импульсные последовательности .

I ких элементов И 14 и 15, Таким образом обеспечивается разрешение на включение тиристора 19 только в интервале Т/4 < t < Т/2, а тиристора

18 — в интервале ЗТ/4 < t < T.

Ток питающей электрической сети

45 1= Тмз п (+ )» (1) где I „— амплитуда; > — фазовый сдвиг тока относительно напряжения, щ преобразуется с помощью первичного преобразователя 1 тока в напряжение

15, . где К вЂ” коэффициент передачи первичного преобразователя 1 тока.

Напряжение U., поступает на вход модулятора 4, который формирует пери- одический сигнал

1584032

I„sin (ыt +y ) при Q = Ue (Т!4 < t < ЗТ/4}

ы

-K I sin (ant+ y) при u = О (О < t Т/4 и ЗТ/4 < t < Т) ЗТ/4

U =K -1 I sinatdt

eeP . т ) т(ь

2Хм К<

sin Q

Таким образом, постоянная составляющая выходного сигнала модулятора

4 пропорциональна реактивной составляющей тока сети.

Сигнал Ц с выхода модулятора 8 поступает на вход интегратора 8, который формирует сигнал

1

Э В 4 о

Так как напряжение U (t) представляет собой сумму постоянной составляющей Uä (2) и высших гармоник

4 су

6, то выходной сигнал интегратора также можно представить в виде суммы постоянной составляющей Й8 (0), отражающей начальные условия линейно изменяющегося напряжения

Вср В 4ср

2К Ka Iw

Л-» и sing t

Ф .

40 и высших гармоник

6, = к, J 0 (e)4t. о

При этом амплитуды высших гармо4 нических составляющих на выходе интегратора 8 ослабляются в число раэ, пропорциональное номеру гармоники.

Следовательно, при наличии реактивной составляющей тока напряжение на выходе интегратора 8 возрастает со скоростью, пропорциональной величине этой составляющей. Знак выходного сигнала интегратора 8 определяется знаком реактивного тока. При = 0 среднее значение импульсов на в оде интегратора 8 равно О и, следос периодом Т/2. Среднее значение выходного сигнала модулятора за период его повторения Т/2 равно

fQ вательно, среднее значение его выходного сигнала не изменяется.

Коммутатор 10 подключает попеременно к входу второго интегратора

12 со сбросом выходной сигнал интегратора 8 и опорное напряжение U

При О < и с Т,/4 и Т/2 < t < ЗТ/4 на первом выходе логического блока 9 действует сигнал и.9, -- U который устанавливает переключающий элемент коммутатора 10 в положение а . Поэтому в указанные интервалы времени . к входу второго интегратора 12 подключен выход первого интегратора 8.

При Т/4 < с < т/2 и 3/Т/4 (t < Т сигнал на первом выходе логического блока 9 U з = О, переключающий элемент коммутатора 10 находится в положении 6 и к входу второго интегратора подключен выхсд источника

3 опорного напряжения U .

Формирование импульсов управления тиристорами происходит в каждом полупериоде следующим образом. При

0 < t < Т/2 на выходе первого релейного элемента 6 действует сигнал

u. = П, поэтому коэффициент передачи модулятора 4 К = 1. В начале полупериода (t = О) второй интегратор 12 со сбросом установлен в исходное состояние, при котором П. а(0}

= О. В интервале времени 0 < t «< Т/4 на первом выходе логического блока

9 действует сигнал K 9,= П, . Переключающий элемент коммутатора 10 уста новлен в положение a . .Поэтому при

О < t < Т/4 к входу второго интегратора 12 со сбросом подключен выход первого интегратора 8. В результате на выходе второго интегратора 12 формируется сигнал

u„.() - К „J(u, (t) + u., (0)1at = о

= К„ pu.| (t) + Ц,(О)3dt+ о

В 12 Ф

О о

1584032

1О где К - коэффициент передачи второri

ro интегратора 12 со сбросом.

При t = Т-4 выходное напряжение второго интегратора 12 достигает значения (/4 а„(-) - к„ (uz (e) + ц,(о)).,0 е Р.а +, K, ) ) Й,(t) at. в о (3) Второе слагаемое в правой части выражения (3) представляет собой двойной интеграл от переменной составляющей напряжения на выходе модулятора за четверть периода. Так как при прохождении переменного сигнала через два интегратора амплитуды высших гармоник уменьшаются в число раз, пропорциональное квадрату частоты (например, пятая гармоника ослабляется в 25 раз, а седьмая в 49 раз), 25 то последним слагаемым в правоч части (3) можно пренебречь и записать уравнение (3) в виде . т/Ф

uf, (Õ) = Ki 3 (ЦЗ (t) Kg (0)3x

К Кв Кfg I sin(f) Т

)(dt — — — --- — — — — — — +

167

К (к П.в (О) Т

30

3S ц () .2 .И..й, - +

К (К К I Т вы и 1á rc

+ -4 + К Ц (, 55

K f2 - (О) Т

4 .. п о.(4) .(Т/4).

При t = Т/4 происходит. изменение сигнала на первом выходе логического блока 9 с U до О. В интервале

Т/4 (t < Т/2 на первом выходе логи- 40 ческого блока 9 действует сигнал

K> = О. При этом переключающий э лемент коммутатора 10 находится в положении б и к входу второго интегратора 12 со сбросом подключен ис- 45 точник 3 опорного напряжения П . В .результате выходной сигнал второго интегратора 1.2 линейно возрастает от значения: П;, (Т/4) в соответствии -с выражением:

При достижении выходным напряжением второго интегратора 12 в момент времени t напряжения U переключео н ния порогового элемента 13 происходит срабатывание последнего, т.е. его выходной сигнал скачком изменяется от

0 до U<. Сигнал Ц. = U поступает на объединенные первые входы первого

14 и второго 15 логических элементов

И, на вторых входах которых действуют сигналы с второго и третьего выходов логического блока 9 соответственно U. = Б (на втором входе первого логического элемента И 14) и ц, = О (на втором входе второго логического элемента,И 15). Следовательно, высокий потенциал U. повторяется на выходе первого элемента И 14. Импульс с выхода первого элемента И 14 через первый формирователь 1б импульсов управления поступает на управляющий вход второго тиристора 19, потенциал на аноде которого при О (t < Т/2 положительный, При Т/2 (t < Т работа устройства происходит аналогично, но импульс управления с выхода порогового элемента 13 через второй логический элемент И 15 и второй формирователь 17 импульсов управления поступает на управляющий вход первого тиристора 18, потенциал на аноде которого положительный.

Определим статическую характеристику устройства в виде зависимости угла включения тиристоров от выходного напряжения первого интегратора 8 в установившемся режиме, т.е. при

= О. Для этого подставив в уравнейие (4) значения переменных () = о 3 <1,йа) U» получак)г

К„V> (О) Т

U + К U я 4, 12 о 0

Uo Т

К (5)

Решив уравнение (5) относительно угла включения тиристоров ()(= 21(1, Т

)имеют

Г 2 ° Uï 1 U.f) (О) ()(= 1(+

U() Т 2 2Uo

Если параметры регулятора выбрать таким образом, чтобы выполнялось соотношение

1584032!

+ +

Т соз |г., к к.Е

-Т к совы °

2 Пя 1 цПю Т

t то зависимость угла включения тиристоров от выходного напряжения первого интегратора 8 в установившемся режиме принимает вид

o(.- =1 1

u. (0) (6)

2Б

Из уравнения (б) следует, что угол включения тиристоров изменяется от при Q (О) = О цо 1/2 при

И, (О) =u,.

Компенсация реактивной составляющей тока нагрузки происходит следующим образом. Основную гармонику тока питающей электрической сети (1) можно представить в виде суммы трех составляющих где i< — активная составляющая, iö=

1м- cos y sin — реактивная составляющая ос1 новной гармоники, ток компенсирующего у< тройства.

Ток компенсирующего устройства, в свою очередь, является суммой двух составляющих: нерегулируемого тока конденсаторной батареи 21, опережающего напряжение на 90 эл,град. и р егулируемог о тир ис тор ами гока реактора 20, основная гармоника которого

В исходном состоянии в установившемся режиме при ы = 0 напряжение

4 на выходе первого интегратора 8 содержит постоянную составляющую

R (О), за счет которой формируются импульсы управления с такой фазой, при которой ток компенсирующего устройства по модулю равен, а по фазе противоположен реактивной составляющей тока нагрузки. При этом обеспечивается полная компенсация реактивного тока нагрузки, (При изменении, например при увеличении индуктивного тока нагрузки

55 (М (О), происходит уменьшение постоянной составляющей U. на вы8с ходе интегратора 8. В результате уменьшается управляющий сигнал на входе коммутатора 10, что в соответствии с уравнением (б) приводит к увеличению угла включения тиристоров 18 и 19 и, следовательно, уменьшению индуктивного тока протек.р кающего через реактор 20. Так как емкостной ток i. <, протекающий чек.5 рез конденсаторную батарею 21, остается неизменным, а ток „ р через реактор уменьшается, то, следовательно, возрастает емкостной ток i компенсирующего устройства. Это приводит к уменьшению реактивного тока питающей сети. Уменьшение постоянной составляющей на выходе первого интегратора 8 происходит до момента полной компенсации реактивного тока нагрузки. При этом на выходе интегратора устанавливается новое значение постоянной составляющей Ц (О), которая определяет углы включения тиристоров

18 и 19, при которых достигается полная компенсация реактивного тока нагрузки °

В случае перекомпенсации () О) происходит увеличение постоянной сос-. тавляющей U. на выходе первого ср интегратора 8, уменьшение углов включения тиристоров 18 и 19, следовательно, увеличение индуктивного тока через реактор 20. В результате емкостной ток i компенсирующего устройстк ва уменьшается. Уменьшение этого тока происходит до тех пор, пока в сети не установится режим полной компенсации реактивного тока нагрузки.

Таким образом обеспечивается астатическое регулирование реактивного тока в узле нагрузки.

Логический блок 9.(фиг. 2) работает следующим образом.

На входы третьего логического элемента И 22 поступают выходные сигналы первого 6 и второго 7 релейных элементов 5. и Ц. (сигналы х, и х ).

На его выходе формируется сигнал

U, = х, д х, который является сигналом вторor о выхода логического блока U.>,. Сигнал П по.тупает на вход первого элемента НЕ 25, на выходе которого при этом формируется напряжение П = х, h х . На входы логического элемента ИЗИ 24 поступают входные сигналы х1 и х, при

1584032 14

30

40

45 (+7

3 1 хаю х, х, 50 блока. этом U х „ y х . Сигнал U инвертируется с помощью второго логического элемента НЕ 26, в результате чего формируется сигнал третьего выхода логического блока Пу х . 4 х

;э j 2

Сигналы Ц и Ц. „ поступают на вход четвертого логического элемента И 23, который формирует сигнал И, — —.7 (. 1 . ) х1 +х2

Такии образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает астатическое регулирование значения реак:тивного тока нагрузки на уровне, равном О. Астатизм достигается за счет использования первого интегратора 8.

При этом статическая ошибка регулирования реактивного тока равна О.

Формула изобретения

1. Регулятор статического компенсирующего устройства, состоящее из конденсаторной батареи, реактора и блока встречно-параллельных тиристоров, содержащйй первичный преобразователь тока питающей сети, первичный преобразователь напряжения, фаэовращатель, цодключенный к выходу первичного преобразователя напряжения, первый и второй формирователи, импульсов управления тиристорами, 1,» " ,,о т л и ч а ю щ.и и с я тем, чТо, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него дополнительно введены источник опорного напряжения, последовательно соединенные модулятор и первый интегратор, коммутатор, последовательно соединенные второй интегратор со сбросои и пороговый элемент, первый и второй релейные элементы, логический блок, реализующий функцию

I формирователь импульсов сброса, первый и второй двухвходовые элеиентн

И, выходы которых подключены к вхо" дам соответственно первого и второго фориирователей импульсов управления тиристорами, первые входы объединены и подключены к выходу порогового элемента, первый выход у логического

1 блока подключен к управляющему входу кбмиутатора и через формирователь импульсов сброса соединен с установочным входом второго интегратора со сбросом, второй у и третий уз выходы логического блока подсоедйнены к вторым входам элементов И, первый х,и второй х входы логического блока соответственно через первый и второй релейные элементы соединены с выходами фазовращателя и первичного преобразователя напряжения, информационный вход модулятора подключен к выходу первичного преобразователя тока, а управляющий вход соединен с выходом первого релейного элемента, выходы первого интегратора и источника опорного напряжения подключены к информационным входам коммутатора, выход которого подключен к входу второго интегратора со сбросом.

2. Регулятор по и. f о т л и— ч а ю шийся тем, что логический блок содержит два двухвходовык элемента И, два элемента НЕ и двухвходовый элемент ИЛИ, первые входы третьего элемента И и элемента ИЛИ объединены и соединены с первым входом х, логического блока, вторые входы третьего элемента И и элемента ИЛИ .У

Объединены и.,подключены к второму входу х логического блока, выходы третьего элемента И и элемента ИЛИ подключены к входам соответственно первого и второго элементов НЕ входы четвертого элемента- И соединены с выходами первого элемента НЕ и элемента ИЛИ, выходы четвертого элемента И, элемента ИЛИ и второго элемента НЕ служат выходами логического

1584032

Составитель В.Клещенко

Техред H.ÊoäàHHö Корректор M,Øàðîøè

Редактор О.Головач

Заказ 2260

Тираж 416

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101