Способ регулирования устройства продольной компенсации

 

Использование: в электротехнике в системах питания потребителей с резкопеременным графиком нагрузки. Сущность: сравнивают частоты возникающих и расчетных резонансных колебаний в системе электроснабжения и в функциональной зависимости от амплитуды возникающих колебаний и разности сравниваемых частот изменяют емкостное сопротивление установки продольной емкостной компенсации, причем при превышении частоты расчетных резонансных колебаний увеличивают емкостное сопротивление установки продольной компенсации, а при превышении частоты возникающих колебаний уменьшают емкостное сопротивление устройства продольной компенсации. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к передаче и распределению электроэнергии переменным током, и может быть использовано в системах питания потребителей с резкопеременным графиком нагрузки.

Известна регулируемая установка продольной емкостной компенсации, содержащая секционированную конденсаторную батарею (КБ), емкостное сопротивление которой изменяется в зависимости от напряжения на ее входе, тока линии и угла сдвига между ними. Недостаток такого технического решения - отсутствие защиты от колебательных явлений.

Известно также техническое решение, в котором в зависимости от знака и величины декремента затухания колебаний переходного процесса шунтируется вся КБ установки продольной компенсации (УПК) или ее отдельные секции. Такое техническое решение позволяет избирательно защищать КБ от колебательных явлений.

Существенным недостатком данного решения является отсутствие учета частоты резонансных точек частотной характеристики (ЧХ) системы электроснабжения, что не позволяет активно подавлять возникшие колебательные явления и эффективно использовать мощность КБ.

Известно также техническое решение, в котором представлены выражения для определения особых точек ЧХ системы электроснабжения с установкой продольной компенсации, позволяющие провести сравнение частот колебаний токов нагрузки и возможных субгармонических колебаний с особыми точками частотной характеристики. По своей сущности оно ближе всего к предлагаемому и принято за прототип.

Существенным недостатком прототипа является отсутствие возможности активного управления режимами подавления колебаний.

Цель изобретения - повышение устойчивости системы электроснабжения и эффективности использования конденсаторов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования устройства продольной компенсации путем изменения его сопротивления в зависимости от амплитуды огибающей возникающих субгармонических колебаний, измеряют частоту возникающих субгармонических колебаний, определяют расчетную частоту и крутизну амплитуды резонансных колебаний по формулам Ω_расч= , где A = + + , B = , где ω_о - угловая частота сети; χ_к - емкостное сопротивление установки продольной компенсации; χ_пк - емкостное сопротивление установки поперечной компенсации; χ_н - индуктивное сопротивление нагрузки; χ_с - индуктивное сопротивление цепи питания; F_расч= , где χ_Σ- суммарное индуктивное сопротивление; R_Σ-суммарное активное сопротивление, определяют расчетную разность возникших и резонансных колебаний, обеспечивающую требуемую степень устойчивости по формуле
ΔΩ_расч = ε˙F_B, где ε- требуемая степень устойчивости, зависящая от крутизны амплитуды резонансных колебаний и разности частот возникающих и резонансных колебаний,
F_B - амплитуда возникших субгармонических колебаний, определяют новое значение расчетной частоты резонансных колебаний, обеспечивающее требуемую степень устойчивости по формуле
Ω_расч^l= Ω_расч±ΔΩ_расч, определяют сопротивление χ_к^l, соответствующее новому значению расчетной частоты резонансных колебаний, устанавливают емкостное сопротивление установки продольной компенсации, равное χ_к^l, причем при превышении частотой возникающих колебаний частоты резонансных колебаний уменьшают χ_к, а при превышении частотой расчетных колебаний частоты возникающих колебаний увеличивают χ_к.

В известных технических решениях по результатам анализа декремента затухания огибающей субгармонических колебаний переходного процесса изменяется сопротивление КБ продольной компенсации путем шунтирования ее отдельных секций. Такое регулирование χ_к без учета частотной характеристики системы электроснабжения в отдельных случаях может привести не к подавлению, а к увеличению колебательного процесса, т. к. регулирование ведется по существу "в слепую" и с уменьшением χ_к можно иногда не удаляться, а напротив приближаться к резонансным точкам ЧХ системы электроснабжения. В этих случаях в дальнейшем приходится шунтировать всю КБ продольной компенсации, что вызывает дополнительное возмущение в системе, нарушение ее устойчивой работы.

В данном способе перед тем, как переключать секции КБ определяют, в каком направлении от частоты возникших колебаний Ω_В находятся резонансные точки ЧХ (Ω _расч) и только после этого изменяют частоты резонансных точек на величину ΔΩ_расч таким образом, чтобы обеспечить требуемую степень устойчивости системы электроснабжения ε. При этом чем выше амплитуда возникающих субгармонических колебаний F_B, а также чем круче амплитуда резонансных точек ЧХ F_расч, тем дальше друг от друга на частотной характеристике должны находиться эти точки, т. е. больше должна быть величина ΔΩ_расч. В самом простом случае эту зависимость можно принять линейной (прямо пропорциональной), а в общем случае - функциональной.

Осуществление способа регулирования УПК поясняется с помощью установки, представленной на чертеже.

Установка продольной компенсации состоит из последовательно включенных n секций батареи конденсаторов 1₁, 1₂, . . . , 1_n, n блоков коммутации 2₁, . . . , 2_n, блока 3 выделения напряжения на КБ, полосового фильтра 4, блока 5 определения частоты колебаний, блока 6 определения амплитуды колебаний, трех аналого-цифровых преобразователей 7, 8, 9, вычислительного устройства 10, датчика 12 напряжения, фазового детектора 13, блока 14 определения сопротивления нагрузки, системы 15 управления.

Установка работает следующим образом.

Отклонение напряжений на КБ выделяется блоком 3 и поступает на полосовой фильтр 4. Фильтр выделяет огибающую колебаний напряжения переходного процесса на конденсаторах и имеет полосу прозрачности в области низких частот, определяемую порядком возможных в данной сети с УПК субгармонических резонансных колебаний на КБ, например, с третьего по десятое. Далее сигнал поступает с полосового фильтра 4 одновременно на блок определения частоты колебаний 5 и амплитуды колебаний 6, затем они преобразуются из аналоговой в цифровую форму аналого-цифровыми преобразователями 7 и 8 и поступают на вычислительное устройство 10.

Одновременно снимаются сигналы, пропорциональные току линии с датчика 11 тока и напряжению на выходе УПК с датчика напряжения 12, которые поступают на фазовый детектор 13, определяющий угол сдвига фазϕ между ними. Сигнал с фазового детектора 13 наряду с сигналами с датчиков тока 11 и напряжения 12 поступает на блок определения сопротивлений нагрузки 14, работающему по алгоритму:
χ_н=
R_н=
(1) При необходимости на четвертый вход блока сопротивлений нагрузки 14 может быть подан сигнал с устройства компенсации реактивной мощности (показано пунктиром).

Далее сигнал с блока 14 определения сопротивлений нагрузки с аналоговой формы преобразуется в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 9 и поступает на вычислительное устройство 10, которое представляет собой микроконтроллер в однокристальном исполнении, но может быть выполнено и на отдельных элементах. Обрабатывая сигналы в цифровой форме о параметрах и режимах системы электроснабжения, оно определяет:
1. Резонансные точки частотной характеристики системы электроснабжения по выражениям
Ω_п1= , где
A = + + ,
B = ,
(2) где ω_о - угловая частота сети;
χ_к - емкостное сопротивление установки продольной компенсации, сигнал поступает с системы 15 управления блоками коммутации УПК;
χ_пк - емкостное сопротивление устройства поперечной компенсации;
χ_н - индуктивное сопротивление нагрузки, сигнал поступает с АЦП 9;
χ_с - индуктивное сопротивление цепи питания
F_расч= , где χ_Σ- суммарное индуктивное сопротивление;
R_Σ- суммарное активное сопротивление.

2. Расчетную разность возникших и резонансных колебаний, обеспечивающую требуемую степень устойчивости по формуле
ΔΩ_расч = ε˙F_B, где ε- требуемая степень устойчивости, зависящая от крутизны амплитуды резонансных колебаний и разности частот возникающих и резонансных колебаний;
F_B - амплитуда возникших субгармонических колебаний.

3. Новое значение расчетной частоты резонансных колебаний, обеспечивающее требуемую степень устойчивости по формуле
Ω_расч^l= Ω_расч±ΔΩ_расч
4. Определяет сопротивление χ_к^l, соответствующее новому значению расчетной частоты резонансных колебаний, и необходимое изменение емкостного сопротивления УПК и далее проводит проверку требуемой степени устойчивости системы электроснабжения при предполагаемом дискретном изменении сопротивления КБ и новых значениях частот расчетных резонансных точек.

После выполнения этих операций вычислительное устройство 10 подает сигнал на вход системы управления 15 блоками коммутации 2_n, которая вырабатывает сигнал на коммутацию соответствующего блока 2_i.

Блок коммутации 2_i осуществляет необходимое изменение емкостного сопротивления конденсаторной батареи УПК. Таким образом, устройство обеспечивает необходимое и достаточное переключение секций КБ установки продольной компенсации для обеспечения требуемой степени устойчивости системы электроснабжения, при этом вводится или выводится из цепи питания не вся КБ, а лишь определенные ее секции, что обеспечивает эффективное использование габаритной мощности конденсаторов.

В алгоритме вычислительного устройства 10 могут быть использованы и другие выражения для определения частот всех резонансных точек системы электроснабжения с учетом индуктивного сопротивления источника возмущений, а также активных сопротивлений всех элементов системы электроснабжения, при этом на частотах высших гармонических составляющих влияние емкостного сопротивления УПК малозаметно, поэтому в этой области частот возмущений целесообразно осуществлять аналогичное управление емкостным сопротивлением установки поперечной компенсации.

Алгоритмы определения необходимого изменения емкостного сопротивления конденсаторных батарей установок продольной и поперечной компенсации в виде программы записывается в постоянное запоминающее устройство вычислительного устройства 10. Применение данного способа позволяет более точно производить регулирование сопротивления КБ продольной компенсации и гибко использовать современную элементную базу, все блоки устройства могут быть реализованы на стандартных микросхемах.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВА ПРОДОЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ, при котором изменяют его сопротивление в зависимости от амплитуды огибающей возникающих субгармонических колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости системы электроснабжения и эффективности использования конденсаторов, измеряют частоту возникающих субгармонических колебаний, определяют расчетную частоту Ω_pасч и амплитуду резонансных колебаний по формулам
Ω_расч= ,
где A = + + ,
B = ,
где ω_o - угловая частота сети;
X_к - емкостное сопротивление установки продольной компенсации;
X_пк - емкостное сопротивление установки поперечной компенсации;
X_н - индуктивное сопротивление нагрузки;
X_с - индуктивное сопротивление цепи питания;
F_расч= ,
где X_Σ - суммарное индуктивное сопротивление;
R_Σ - суммарное активное сопротивление, определяют расчетную разность возникших и резонансных колебаний, обеспечивающую требуемую степень устойчивости, по формуле
ΔΩ_pасч ≡ εF ,
где ε - требуемая степень устойчивости, зависящая от амплитуды резонансных колебаний и разности частот возникающих и резонансных колебаний;
F - амплитуда возникших субгармонических колебаний,
определяют новое значение расчетной частоты резонансных колебаний, обеспечивающее требуемую степень устойчивости, по формуле
Ωʹ_расч= Ω_расч+ΔΩ_расч,
определяют сопротивление X , соответствующее новому значению расчетной частоты резонансных колебаний, устанавливают емкостное сопротивление установки продольной компенсации, равное X , причем при превышении частотой возникающих колебаний частоты резонансных колебаний уменьшают X , а при превышении частотой расчетных колебаний частоты возникающих колебаний - увеличивают X .

РИСУНКИ

Рисунок 1