Способ управления многомостовой выпрямительно-инверторной подстанцией и устройство для его осуществления

 

,.я л

Ф р Х

О Il-И" С АЯ И Е

ИЗЬ6РЕТЕН ИЯ

<и 639377

Союз Советскик

Социаяистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ/ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 22. 03. 76 (21) 2336648/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23.07.81. Бюллетень М 27

Дата опубликования описания 24. 07 81 (5l )M. Кл.

Н 02 P 13/16

3Ъсударстаеииый квинтет

СССР на делам изобретений н открытий (53) УДК621. 3..078.3.052..5 (088.8) В. А. Андронов, А. И. Боярский, В. И. Емельянов и И. Б. Набутовский (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт постоянного тока (7l) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНЙЯ МНОГОМОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОИНВЕРТОРНОЙ ПОДСТАНЦИЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение касается способов управления статическими преобразователями, выполненными на гаэоразрядных, электродных или полупроводниковых приборах с управляющим электродом, в частности преобразователями элект5 ропередач и вставок постоянного тока.

Инверторные подстанции, предназначенные для преобраэования больших котО личеств электроэнергии, формируются, как правило, на основе многомостовых схем. Отдельные инверторные мосты, входящие в состав преобразовательной подстанции присоединяются к общим шинам на стороне переменного тока, в результате чего возникает взаимное влияние между ними в переходных процессах при аварийных ситуациях. Взаим-. ное влияние проявляется, например, в том, что нарушение нормального чередования коммутаций одного моста, вы званное либо несвоевременным зажиганием вентиля>либо исчезновением одного

2 ,тли нескольких управляющих импульсов, 1либо потерей управляемости вентипя, либо пробоем или перекрытием изоляции моста, может повлиять на работу других мостов и вызвать их опрокидывание.

Это приведет к сбросу мощности всей подстанции или значительной ее части.

Непосредственной причиной нарушения работоспособности других инверторных мостов является искажение напряжения на шинах переменного тока, возникающее вследствие нарушения нормального чередования коммутаций аварийного моста.

Степень взаимного влияния тем больше, чем меньше отношение мощности короткого замыкания на шинах энергосистемы к мощности преобразователя.

Для сохранения работоспособности . инверторной подстанции при аварии на одном из 1треобразователей может быть использовано подхватывающее устройство (I).

Подхватывающее устройство действует следующим образом. При пропускании

° Ф

77 ф .трансформаторы тока на входе и выходе ,преобразовательных мостов, заюпочаюшегося в уменьшении уставок регуляторов тока выпрямителей при нарушении работы блоков, фиксируют снижение углов погасания инверторов до критического значения, после чего уменьшают уставки тока всех выпрямителей, сравнивают токи на входе и выходе инверторного моста и в случае равенства указанных токов уставки увеличивают до первоначального уровня, а в случае неравенст- . ( ва указанных токов поддерживают сниженные уставки тока.

С целью поддержания мощности на максимальном уровне уставки регуляторов тока неаварийных блоков уменьшают на величину, меньшую по сравнению с изменением уставки регулятора тока аварийного блока.

Кроме того, способ предусматривает

t изменение уставок регуляторов тока в функции от тока предварительного режима. Способ осуществляется посредством устройства управления, содержащего регуляторы тока выпрямительных мостов, соединенных с блоками уставки выпрямительных мостов, установленных на выпрямительной подстанции, и регуляторы углов погасания инверторных мостов, соединенные с блоками изменения и выбора минимального угла погасания, установлЕн- ные на инверторной подстанции, изме. рительные трансформаторы постоянного тока, установленные на линии постоянного тока, соединяющей выпрямительную и инверторную подстанции, и трансформаторы напряжения, установленные на стороне переменного тока преобразователей инверторной подстанции, оно дополнительно снабжено выявительно-логическими блоками, блоками коррекции уставок и блоками распределения уставок, причем вход каждого выявительно-логического блока подсоединен к трансформаторам тока и напряжения и блоку измерения и выбора минимального угла погасания, а его выход соединен с входом блока распределения уставок, выход. которого соединен с блоком коррекции уставок соответствующего блока выпрямительных и инверторных мостов, выход которого пддсоединен к блоку уставки соответствующего выпрямительного моста.

Кроме того, для сохранения работ.оспособности инверторных мостов можно форсировать углы опрежения этих мостов путем изменения установки регуля- торов угла погасания (2 ). Это устройство успешно, выполняет свои функции, однако поскольку изменение углов опережения само по себе вызывает искажение напряжения, то малое воздействие

25 не спасает от опрокидывания, а большое приводит к существенному уменьшению. передаваемой мощности.

Наиболее близким к предлагаемому 0 является способ для предотвращения развития аварий, заключающийся в уменьшении уставки регулятора тока выпрямителя вплоть до перевода выпрямителя в инверторный режим 13 ). Посколь15 ку ток преобразователя снижается, зто способствует успешному протеканию коммутаций в неповрежденных мостах инвертора. Тем не менее этот способ обладает следующим основным недостатком—

40 нарушение работы инвертора выявляется по факту появления колебаний промьппленной частоты в выпрямленном токе или напряжение, что, во-первых, вносит большое запаздывание в процессе умень- !

43 шения тока, а во-вторых, приводит к ложным срабатываниям при нарушениях на выпрямителе.

Целью изобретения является локализация нарушения нормального чередования. коммутаций одного моста в много50 мостовой инвертор.

Указанная цель достигается благодаря тому, что при осуществлении пособа управления многомостовой вы55 прямительно-инверторной подстанцией содержащей выпрямительно-инверторные блоки, регуляторы тока выпрямителей, регуляторы угла псгасания инверторов, 3 6393 зажигания какого-либо вентиля вырабатывается управляющий импульс для внеочередного зажигания следующего по порядку зажигания вентиля в той же половине моста. Благодаря преждевремен-, 1 ному зажиганию следующего вентиля уда- ется избежать опрокидывания инверторов и, таким образом, уменьшить вероятность развития аварии.

Однако значительный по величине,10 сдвиг управляющего импульса сам по себе является причиной искажения напряжения. Поэтому, хотя опрокидывания аварийного моста избежать и удается, опасность опрокидывания аварийных ин- 15 верторных мостов сохраняется, Каждый выявительно-логический блок содержит счетчик импульсоМ, дешифра—

377

5 639 тор, элемент ИЛИ, элемент ЗАПРЕТ, элемент выдержки времени и релейный элемент, причем вход счетчика импульсов присоединен к выходу релейного элемента, а выходы — к входам дешифратора, выходы дешифратора присоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого присоединен к выходу выявительно-логического блока и к одному

1 из входов элемента ЗАПРЕТ, второй вход которого присоединен к выходу релейного элемента, выход элемента

ЗАПРЕТ присоединен к входу элемента выдержки времени, выход которого присоединен к входу установки нуля счет- l5 чика импульсов.

С целью увеличения быстродействия . выявительно-логический блок дополнительно содержит нуль-орган и одновибратор, причем вход нуль-органа со- 2о единен с выходом блока измерения и выбора минимального угла погасания, а выход — с входом одновибратора, выход которого соединен с одним из входов логического элемента ИЛИ. 5

С целью оптимального воздействия на выпрямительные мосты различных преобразовательных блоков, блок рас.пределения уставок содержит элементы

ЗАПРЕТ и элементы ограничения дли- 30 тельности сигналов, причем первый и второй выходы элемента ЗАПРЕТ соединены с выходом выявительно-логического блока, выходы элементов ЗАПРЕТ соединены соответственно с выходами M блока распределения уставок и с входами элементов ограничения длитель ности сигналов, выходы которых соединены с выходами блока распределения уставок. 40

С целью изменения уставок регуляторов тока в функции от параметров предварительного режима оно дополнительно снабжено блоком уставки тока и источником опорного сигнала, каждый из блоков коррекции уставок содержит сумматор, ограничитель, ключи и операционный суммирующий усилитель, причем один вход сумматора соединен с выходом блока уставки тока, а .второй вход с источником эталонного сигнала, выход сумматора присоединен к входу ограничителя, выход которого присоединен к первым входам ключей, вторые входы ключей соединены с выходами блока распределения уставок, а выходы ключей соединены с входами суммирующего операционного усилителя, выход которого соединен с входами соответствующих блоков уставок регуляторов тока.

На фиг. I изображена выпрямительно-инверторная подстанция, соединяющая шины 1 и -2 переменного тока и .состоящая иэ двух выпрямительно-инверторных блоков 3, 4, включающих в себя выпрямительные мосты 5-8 и инверторные мосты 9-12, присоединенные к шинам через многообмоточные трансформаторы 13, 14 и 15, 16 соответственно. Для сглаживания выпрямительного тока устанавливаются реакторы .l7-20, а для измерения режимных параметров — трансформаторы 21 — 24 тока, трансформаторы 25 и 26 постоянного тока. Выпрямительные. мосты управляются регуляторамп 27, 28 тока, предназначенными для изменения углов зажигания так, чтобы выпрямленные токи блоков соответствовали значениям, зада- . ваемым блоками уставок 29, 30. Инвергорные мосты управляются .регуляторами 31-32 угла погасания, содержащими блоки 33 и 34 для измерения всех углов погасания и выбора минимального среди измеренных углов.

Устройство 35 для предотвращения опрокидывания инверторов содержит вы" явительно-логические блоки 36 и 37, блок 38 распределения уставок и блоки 39, 40 коррекции уставок.

Выявительно-логические блоки служат для выявления факта нарушения коммутаций инверторного моста; блок.распределения уставок служит для выявления мостов, токи которых должны изменяться на максимальную величину, и мостов, токи которых должны изменяться на ми-. нимальную величину; блоки коррекции уставок служат для определения величины изменения уставки и для воздействия на регуляторы тока выпрямительных мостов.

На фиг. 2 дан выявительно-логический блок, содержащий. измерительный орган 41, выполненный, например, на дифференциальном принципе. Сигнал измерительного органа подается на релейный элемент 42, преобразующий. аналоговый сигнал измерительного органа в погический сигнал. Сигнал на выходе релейного элемента появляется только во эремя сквозного горения вентилей одной фазы моста. Кроме этих элементов выявительно-логический блок содержит счетчик импульсов 43, деши ь77 8 б — линейные токи неаварийного преобразователя;

40 в — выходной сигнал релейного элемента 4?; г — выходной сигнал логического элемента ИЛИ 45; д — выходной сигнал логического элемента ЗАПРЕТ 46,"

e — выходной сигнал элемента 47 выдержки времени; ж,з — выходные сигналы блока 38 распределения уставок; 50 и — выходной сигнал коррекции уставок аварийного блока; к — то же, неаварийного блока;

cHrH ia yeTaaoK PT аварийного и неаварийного блоков.

Изменение переменных соответствуют вышеприведенному описанию, из которого следует, что выявительно-логичес7 6393 ратор 44, логический элемент ИЛИ 45, логический элемент ЗАПРЕТ 46 и элемент 47 выдержки времени.

Выявительно-логический блок работает следующим образом. 5

При возникновении сквозного горения вентилей на выходе релейного элемента 42 появляется импульс; поступающий на счетчик 43 и переводящий его в положение "l". Одновременно по- 10 сьщается сигнал запрета на логичес кий элемент ЗАПРЕТ 46. Сигнал с выхода дешифратора, пройдя через элемент ИЛИ 45, поступает на блок 38 распределения. уставок. 15

Ясли сквозное горение повторилось на следующем периоде промышленной частоты, счетчик перевЬдится в положейие

H p1I снова посылается сигнал запрета на логический элемент ЗАПРЕТ 46, а, 0 сигнал с дешифратора 44 через элемент ИЛИ 45 — на блок 38 распределения уставок.

Если сквозное горение прекратилось, сигнал запрета снимается с элемен- 5 та 46, и сигнал с дешифратора, пройдя через этот элемент, запустит элемент 47 выдержки времени. Срабатывание элемента 47 переведет счетчик и дешифратор в нулевое состояние, подготовив 30 выявительно-логический блок к работе., Одновременно снимается сигнал с блока распределения уставок.

На фиг. 3 изображена временная диаграмма работы выявительно-логического 35 блока, где .а — линейные токи аварийного пре образователя; кий. блок формирует на своем выходе прямоугольный импульс, начало которого совмещено с возникновением сквозного горения вентилей моста, а длительность заьисит от длительности существования нарушения.

Использование регулятора угла по-. гасания, выбирающего минимальный угол, открывает дополнительные возможност . для увеличения быстродействия выявительно-логического блока. Дело в том, что нарушение коммутаций всегда предшествует (при нормальном функционировании устройств измерения и регулирования) появлению близкого к нулю сигнала измерительного органа регулятора угла погасания. Поскольку все остальные измеренные углы погасания относительно велики, выбор наименьшего, осуществляемый в измерительном органе регулятора, облегчает использование факта появления близкого к нулю угла погасания для предотвращения опрокидывания других инверторных мостов.

С целью увеличения быстродействия в выявительно-логический блок (см. фиг. 2) включены нуль-орган 48 и одновибратор 49. Нуль-орган 48 служит для фиксации близкого к нулю угла логасания о (д » 4 эл.град.) одновибратор 49 — для расширения импульса до необходимых размеров, обеспечивающих непрерывность выходного сигнала, образующегося на выходе блока.

Работа выявительно-логического блока с учетом наличия в нем нуль-органа 48 и одновибратора 49 иллюстрируется временной диаграммой на фиг. 3, где м — сигнал на вь,ходе нуль-орган 48; н — сигнал на выходе одновибратора 49, а пунктирными линиями обозначены изменения остальных сигналов устройства „

Блок распределения уставок служит для выбора мостов, ток которых должен быть снижен на максимальную величину, и мостов„ток которых должен быть снижен на минимальную величину. Длительность снижения тока на максимальную величину соответствует длительности выходного сигнала выявительно-логического блока. Длительность снижения тока на минимальную величину выбирается заранее.

Логика работы блока подчиняется следующим правилам.

Если нарушение коммутаций происхо. дит только в одном инверторном месте

9 - 63937 ток выпряйительных мостов, относящихся к выпрямительно инверторному блоку,. содержащему аварийный мост, должен быть снижен на максимальную величину, а ток остальных выпрямительных мостов должен быть снижен на минимальную величину.

Если нарушение коммутаций происходит одновременно в нескольких инвер1 торных мостах, причем в каждом блоке rO хотя бы один инверторный мост подвергся аварии, ток выпрямительных мостов

«re должен снижаться.

Последнее условие накладывается для отстойки от нарушений работы инверто- js

I ра, вызванных короткими замыканиями в приемной энергосистеме.

На фиг. 4 дан блок распределения уставок, содержащий логические элементы ЗАПРЕТ 50, 51, элементы 52 и 53, д ограничения длительности сигнала, причем первые входы элементов ЗАПРЕТ соединены с выходами соответственно первого и второго выявительно-логического блока, а вторые входы — с 25 выходами соответственно второ о и первого выявительно-логического блока, выходы элементов ЗАПРЕТ соединены с входами элементов ограничителя длительности и с первыми входами блока 30 коррекции уставок.

Блок распределения уставок работает следующим образом. Если приходит сигнал от первого выявительно-логического блока 36, то он проходит íà gs выход элемента ЗАПРЕТ 50 и далее на выход ограничителя 52 длительности, на первый вход первого блока коррекции уставок 39 и на второй вход второго блока коррекции уставок 40. Дли- 4О тельность сигнала, поступающего на первый вход блока 39, определяется длительностью сигнала выявительно

1логического блока; длительность сиг-, нала, поступающего на второй вход оло-45 ка 40, определяется настройкой элемен та ограничителя длительности 52.

Если приходит сигнал от второго выявительно †логическо блока 37, то устройство работает аналогично. 50

Формула изобретения

1. Способ управления многомостовой ,Ьыпрямительно-инверторной подстанцией содержащей выпрямительные и инверторные блоки, регуляторы тока выпрямителей, регуляторы угла погасания инверторог трансформаторы тока на входе и выходе ;.реобразовательных мостов, заключающийся в уменьшении уставок регуляторов тока выпрямителей при

Если сигналы приходя-. одновременно от выявительно-логических блоков 36 и

37, то благодаря элементам ЗАПРЕТ 50 и 51, они не пройдут на выходы блока распределения уставок. Если сигналы приходят не одновременно, а с некоторым разбросом, то на выходы пройдут только узкие импульсы, ширина которых

7 l0 равна разбросу. 1акие импульсы не смогут заметно повлиять на работу преобразователей.

Блок коррекции уставок служит для определения степени снижения тока 41111 и flag функции от режима работы выпрямительно-инверторной подстанции.

На фиг. 5 дан блок коррекции уставок 39, 40. Он содержит сумматор 54, ограничитель 55, ключи 56, 57 и суммирующий усилитель 58, имеющий равные коэффициенты передачи по равным входам, причем входы сумматора 54 соедииены с задатчиком мощности выпрямительно-инверторной подстанции и с источником опорного сигнала, а выход— с входом ограничителя 55, выход которого соединен с входами ключей 56, 57, вторые входы которых соединены с выходами блока 38 распределения уставок, а выходы — с входами суммирующего усилителя 58.

Сумматор 5 и ограничитель 55 служит для воспроизведения характеристики, показанной на фиг. б и обеспечивающей возрастание сброса мощности с ростом самой передаваемой мощности; ключи управления 56, 57, управляемые блоком распределения уставок, служат для подачи сигнала с выхода ограничителя на первый или второй вход суммирующего усилителя 58, вырабатывающего сигнал коррекции уставки.

Примен ние предлагаемого способа на многомостовой выпрямительно-инверторной подстанции, соединенном со слабой приемной энергосистемой, дает большой технико-экономический эффект, поскольку за счет небольших дополнительных затрат существенно уменьшает количество аварий, а также величины и длительности сбросов, мощности подстанции как при одиночных, так и при устойчивых нарушениях работы инверторных мостов.

11 63937 нарушении работы блоков, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью обеспечения устойчивости работы инвертор,ных мостов, фиксируют снижение углов погасания инвертора до критического значения, после чего уменьшают уставки тока всех выпрямителей, сравнивают токи на входе и выходе ийнерторного моста и в случае равенства укаэанных токов уставки до первоначального,10 уровня, а в случае неравенства указанных токов поддерживают сниженные уставки тока.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью поддержа-15 ния мощности на максимальном уровне, уставки регуляторов тока неаварийных блоков уменьшают на величину, меньшую по сравнению с изменением уставки регулятора тока аварийного блока. _#_

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что дополнительно определяют ток предварительного режима и в функции от указанного тока производят указанное воздействие на 25 уставки регуляторов тока выпрямителей.

4. Устройство для осуществления способа по пп.1-3, содержащее регуляЗО торы тока выпрямитепьных мостов, соединенные с блоками уставки выпрямительных мостов, установленные на выпрямительной подстанции, и регуляторы углов погасания инверторных мостов, соединенные с.блоками измерения и выбора минимального угла погасания, установленные на инверторной подстанции, измерительные трансформаторы постоянного тока, установленные на

40 линии постоянного тока, соединяющей выпрямительную и инверторную подстан- ции, и трансформаторы напряжения, установленные на стороне переменного тока преобразователей инверторной подстанции, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 15 что, оно дополнительно снабжено выявительно-логическими блоками, блоками коррекции уставок и блоками рас пределения уставок, причем вход каждо,, 50 го выявительно-логического блока под- соединен к трансформаторам тока и напряжения и к блоку измерения и выбора минимального угла погасания, а выход каждого выявительно-логического блока

155 соединен со,входом блока распределения уставок, выход которого соединен с блоком коррекции уставок соответствующего блока выпрямительных и инвер7 12 торных мостов, выход которого подсоединен к блоку уставки соответствующего выпрямительного моста.

5. Устройство по и. 4, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что каждый выявительно-логический блок содержит счетчик импульсов, дешифратор, элемент ИЛИ, элемент ЗАПРЕТ, элемент выдержки времени и релейный элемент, причем вход счетчика импульсов подсоединен к выходу релейного элемента, а выходы — к входам дешифратора, выходы дешифратора присоединены к входам элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ присоединен к выходу выявительно-логического блока и к одному из входов элемента ЗАПРЕТ, второй вход которого присоединен к выходу релейного элемента, выход элемента ЗАПРЕТ присоединен к входу элемента выдержки времени, выход которого присоединен к входу уставки нуля счетчика импульсов.

6. Устройство по пп. 4 и 5, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, выявио тельно-логический блок дополнительно содержит нуль-орган и одновибратор, причем вход нуль-органа соединен с выходом блока измерения и выбора минимального угла погасания, а выход— с входом одновибратора, выход которого соединен с одним из входов логического элемента ИЛИ.

7. Устройство по п. 4, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью оптимального воздействия на выпрямительные мосты различных преобразовательных блоков, блок распределения уставок содержит элементы ЗАПРЕТ и элементы ограничения длительности сигналов, причем первый и второй входы элемента ЗАПРЕТ соединены с .выходами выявительно-логического блока, выходы элементов ЗАПРЕТ соединены соответственно с выходами блока распределения уставок и с входами блока распределения уставок и с входами элементов ограничения длительности сигнала, выходы которых соединены с выходами блока распределения уставок.

8. Устройство по п. 4, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью измене ния уставок регуляторов тока в функции от параметров предварительного ре жима, оно дополнительно снабжено блоком уставки тока и источником опорного сигнала, каждый из блоков коррекции уставок содержит сумматор, ограни13 6393 читель, ключи и операционный суммирующий усилитель, причем один вход сумматора соединен с выходом блока уставки тока, а второй вход с источником эталонного сигнала, выход сумматора присоединен к входу ограничителя, выт ход которого присоединен к первымвходам ключей, вторые входы ключей соединены с выходами блока распределе1 ния уставок, а выходы ключей соеди- 10 иены с входами суммирующего операционного усилителя, выход которого со77 14 единен с входами соответствующих блоков уставок регуляторов тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Известия НИИПТа, сб. 2, 1957, с. 84-95.

2. Авторское свидетельство СССР

И 466822, кл. Н 02 Р 13/18, 1975.

3. Патент США У 3801895, кл. 321-27, 19734. Патент США У 3771041, кл. 321-5, 1971. фиг.2