Автоматический регулятор резонанс-ного состояния контура нулевойпоследовательности сети

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцнвлнстическив республнк

< 813585

Ф

Ф. г (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 25 06.79 (21) 2782819/24-07 с присоеднненнем заявки РЙ— (23) Прморитет—

Опубликовано 15.03 81 Бюллетень Рй10

Дата опубликования опмсания 18.03.81 (51)М. Кл.

Н 02 Н 9/08

ФЬвуддрстввлиый квмнтвт

ССьР (53) УДК 621.316. .625(088.8) яв делам изабрвтеннй и открыткй

В.К. Обабков, Ю.Н. Белуевский и Е.В. Сергттн з Ф;: т

Донецкий ордена Трудового Красного..Знаменит политехнический ивститут (72) Авторы изобрете ния (7I) Заявитель (54)АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР РЕЗОНАНСНОГО СОСТОЯНИЯ

КОНТУРА НУЛЕВОЙ ПССЛЕДОВАТЕЕЛЬНОСТИ СЕТИ

Изобретение относится к системам автоматической настройки компенсация емкостных токов оцнофазных замыканий на землю в трехфазных электрических сетях.

Известно устройство цля автоматичес5 кой настройки дугогасящей катушки в кабельных сетях, соцержащее емкость, поцключенную к одной из фаэ сетя, фазо;» вращающий мост, на вхоц которого подано напряжение смещения нейтрали, а выхоц то подключен ко входу фазочувствительного усилителя, причем на второй вход фазочувствительного усилителя подано фазное напряжение той фазы, к которой npuI5 соединена емкость, а выход подан на схему управления приводом дугогасящего реактора (lf.

Данное устройство чувствительно к

20 измененням фазы напряжения несимметрия сети и вслецствие этого обладает невысокой точностью и непряменимо в воздушных и воздушно-кабельных сетях.

Наиболее близким к прецлагаемому я является автоматический регулятор резонансного состояния контура нулевой послецовательности сети, содержащий переключающий элемент, вхоцы которого поцключены K датчикам напряжения смещения нейтрали и цатчикам фазных напряжений сети, соециненные последовательно цетектор, полосовой.фильтр, первый релейный уснлитель, первое множительное звено, первый фильтр низких частот и нелинейный исполнительный блок, соединенный с цугогасящим реактором, а также генератор поискового и опорного сигналов, первый выход которого через первый фаэовращатель, второй вход которого соединен с выходом переключающего элемента, подключен ко второму входу множительного звена, а второй выход подключен к блоку ввецення поисковых сигналов, соединенному с цугогасящнм реактором 12 .

Данный автоматический регулятор имеет повышенную помехоустойчивость и

55 21 подключен ко входу нелинейного исполнительного блока 23, соцержашего в случае ДГР плунжерного типа, беэынер ционное релейное звено 24 с зоной нечувз 81358 чувствительность, однако обладает ограниченными возможностями в выборе поисковых частот, которые ограничены сверху величиной 1,5 Гц вслецствие снижения точности самонастройки, и снизу величиной 0,5 Гц иэ-аа ухудшения динамических характеристик системы. В результате этого устройство не позволяет реализовать высокое быстродействие самонастройки (цля достижения которого I0 необходимо повышать поисковую частоту) и имеет низкую помехоустойчивость . из-аа узкого (0,5-1,5 Гц) диапазона рабочих частот поиска, что практически исключает возможность отстроиться от помех, спектр которых локализован вблизи частоты поискового сигнала. Вследствие почти релейного характера изменения сигнала управления вблизи резонанса трудно обеспечить хорошие динамические характеристики при высокой добротности контура нулевой последовательности сети.

Бель изобретения - повышение быстродействия и помехоустойчивости путем, расширения рабочего диапазона частот поиска.

Указанная цель достигается тем, что в автоматический регулятор резонансного состояния контура нулевой. послецовательности сети, соцержаший переключаю-. щий элемент, входы которого подключены к цатчикам напряжения смещения нейтрали и датчикам фазных напряжений сети, соециненные послецовательно детектор, полосовой фильтр, релейный усилитель, множительное звено, фильтр низких частот и нелинейный исполнительный блок, связанный с цугогасяшим реактором, а также генератор поискового и опорного сигналов, первый выход которого через .

40 первый фазовращатель, второй вход которого соединен с выходом переключающего элемента, поцключен ко второму входу множительного звена, а второй выход подключен к блоку введения поис- 45 ковых сигналов, связанному с цугогасящим реактором, введены блок выцеления максимального уровня сигнала, интегратор, сумматоры, фазовращатель, а также включенные послецовательно вторые релейный усилитель, множительное звено и фильтр низких частот, причем первый и второй входы первого сумматора, вы- ход которого подключен ко входу нелинейного исполнительного блока, подключены соответственно к выходу интегратора и к выхоцу блока вьщеления максимального уровня сигнала, вход интегра5 4 тора подключен к выхоцу блока вьщеления максимального уровня сигнала, к выхоцу пе рво го фа эовра ща тел я поц клю челы соединенные послецовательно второй фазоврашатель и инвертирующий усилитель, выхоцы которых подключены соответственно ко вторым входам второго и третьего сумматоров, к первым входам указанных сумматоров поцключен выход полосового фильтра, выхоцы этих сумматоров поцключены ко входам соответственно второго и первого релейных усилителей, а выхоцы фильтров низких частот подключены ко вхоцам блока выделения максимального уровня сигнала.

При этом блок выцеления максимального уровня сигнала соцержит циодный мост и сумматор, причем выхоцы фильтров низких частот поцключены ко входу диодного моста, выходы которого подключены ко входам сумматора.

На фиг. 1 изображен пример функционально-принципиальной схемы прецлагаемого устройства; на фиг. 2 — пример годографа сигнала на выходе полосового фильтра; на фиг. 3 — графики зависимостей сигналов управления системы от индуктивн ости ду гога сяще го реактора (ДГР) .

Функционально-принципиальная схема системы (фиг. 1) содержит объект 1 управления — сеть с компенсацией емкостных токов, связанную с устройством 2 введения поисковых сигналов, ко входу которого подключен выхоц генератора 3 поисковых и опорных сигналов.

Первый выход переключающего элемента 4, на,BKog которого поданы фазные напряжения О И), г 1,2,3 сети 1 и ток (Ф) ДГР, подан на вход последовательно соединенных цетектора 5 и полосового фильтра 6. Выход полосового фильтра подключен ко входам двух идентичных каналов, соцержаших сумматоры

7 и 8, релейные усилители 9 и 10, множительные звенья 11 и 12 и фильтры низких частот 13 и 14. Выхоцы указанных каналов подключены ко входам блока

15, выделения максимального уровня сигнала, содержащего циоцный мост на циодах 16-19 и сумматор 20. К выходу блока 15 вьщеления максимального уровня сигнала подключен вход сумматора 21.

К второму sxîäó сумматора 21 подключен интегратор 22, выход которого также подан на сумматор 21. Выход сумматора

8 1 3585

5 ствительности d" и астатический привод

25 ДГР. К вторым входам множительных звеньев 11 и 12 подключен через первое фазосцвигающее устройство 26 второй выход генератора 3 поискового и $ опорного сигналов. Второй вход сумматора 8 подключен к BbIxoay первого фазовращателя 26 через второй фазовращатель 27, настроенный на фазовый сцвиг равный 190, а второй вход сумматора fO о

7 подключен к выходу фаэоврашателя 27 через инвертирующий усилитель 28.

На фиг. 2 показан годограф 29 сигнала Ч () на выходе полосового фильтра

5. На фиг. 3 показаны зависимости от т$ индуктивности L дугогасящего реактора сигнала Х„при Р Ч = 0 (кривая

30), сигналов Х„и Х в усстройстве на фиг. 1 (кривые соответственно 31 и

32), а также сигнала Х (кривая 33). 2g

Устройство работает слецующим образом.

Генератор 3 поискового и опорного сигналов вырабатывает цериоцический поисковый сигнал ()" L(t) = ) со$Я+, который 2$ вводится в объект 1 управления посрецством устройства 2 введения поисковых сигналов и который взаимоцействуя в нем с пробным сигналом 9(4) =e сов(и) Ю (в качестве которого выступает ток не- Зй симметрии сети ) н (Ф) в нормальном режиме или ЭДС Б (+), Z. = 1,2 3 ! источника поврежденной:фазы в режиме замыкания), формирует на выхоце объекта моцулированный сигнал т (Ф) в нор3$ мальцом режиме работы сети или О М

= 1,2,3 в режиме замыкания. Модуляция этого сигнала несет информацию о величине и знаке расстройки компенса ции. Переключающий элемент 4 подает на вход цетектора 5 сигнал K (+) про40 порциональный току i(+) через ДГР в нормальном режиме или напряжению V (t) в режиме замыкания. Дальнейшей обработкой сигнала E(t) посрецством детектора 5

4$ и полосового фильтра 6 формируется сигнал f(t), который можно представить в виде

<(t)-"Я(Й,Ь )со$Я -В(Я.,Lg)$ nQt= . . $O

=S(a,(.фcos(Q«9) T

ДЕ Л(а,Ь„у=К р,(„(r )), („ жую(йи, tä) а если устройство 2 ввецения поисковых сигналов осуществляет поисковую модуля-, цию инцуктивности L цугогасящего реактора, а детектор 5 выполняет операцию амплитуцного цетектирования сигнала 6,(t) или

"(Q,44= ()"((ÀË)!,„(а ("+хЦ (+) (альт)=;)((,,т)(" - ф„— 1 (х -)- ) и) если поисковая моцуляция осуществляется путем коммутации резистора (, вклю» ченного послецовательно или параллельно ДГР, а детектор 6 осуществляет фа- зовое детектирование сигналя E(t) гце F=Ic,é,g, R 1 - вектор ыенастраи»

oi ваемых параметров объекта 1 управле» ния;

R — активное сопротивление ДГР; — суммарная провоцимость утечек;

R - сопротивление месО та замыкания (в режиме глухого однофазного замыкания); н(Щь, )=Б()»„ь,т)/ - частакнан харакка/ИЯж„ь,() ристика объекта . + уп )явления рЬ=я(),Ь,()/0()и+)я ig);

К, — коэффицент . опрецеляемый конкретной реализацией цетекторов 5 и полосового фильтра 6.

Параметрически заданную кривую

)(=A(a); У=В()) можно рассматривать в качестве годографа М вектора ь))г=(д((.),Я((,)» сигнала

Y(t} . При этом модуль вектора (Ч 1=

ЧЖмчI " " ""ааяа(l а угол, образуемый вектором + с осью

Х вЂ” фазы +(Q .,ф) этого сигнала.

Использованйе геометрических представлений, связанных с применением годографа М сигнала 9(t) упрощает анализ преобразований сирналов в рассматриваемой системе. Примерныйх виц этого годографа, построенного в соответствии с выражениями (4), (5) для нормального режима работы сети, показан на фиг. 2.

Можно показать, что мецленная (неколебательная) составляющая сигнала )((t) на выходе фильтра низких частот известного устройства равна «()„)=Щ ))уг$Ьсояф(ь), где Н - уровень ограничения релейного ф((+)=-ncpgQgtp — ) =ngjn(Q

Я

+nCps)Б )п д ЧЩ= ЮСОВ(И+(3+ — ) =-п)вйф2Ф р)=-п)51прсоьЯь+

-юсова sin g.ь

9(t)=(A(Q Щ+п51 p)co&& jgQ L)()

-n cos Q) 51п Я1 ч )4)фя,).,! )-ms)np)casbah- (яД)

+rnCOSgSin Qt где

Выражения (6) и (7) показывают, что годографы М„и М2 сигналов „() и V>(4) могут быть получены из гоцографа М сигнала l))(+l если рассматривать его ! в новых координатных системах с начап и! лами в точках О и О с KoopgHHBTBMH, соответственно(-n,я1п p, n coS p) и (q n(!)-snaps)l)) . Лля получения зависимостей Х (L ) и Х (!„) эти новые системы координат должны быть повернуты на угол )Ъ, после чего они займут ку оси y), y" и $" совпадают, процеланные преобразования могут быть ин терпретированы как параллельный перенос системы координат )(Оу по оси

М на величины, соответственно п и-m.

Вид зависимостей Х. ((,) и Х2(Ь) показан на фиг. 3 (кривые 31 и 32). В каждой иэ этих зависимостей появляется goполнительный "пик" в районе больших рассогласований (точки lp4 и lp ), а пик в районе резонанса значительно отодвигается от него (точка Ьр ), при

7 81358 усилителя. Геометрически эквивалентом этого выражения на фиг. 2 является

+ угол, образованный вектором Ч с осью (, и отсчитываемый по часовой стрелке от нее в верхней полуплоскости и против часовой стрелки в нижней.

Иэ сказанного. ясно, что количество . точек, в которых выполняется равенство х (Ь) О, равно количеству пересечений гоцографом М оси М ; значения Ь=l4p„, 1р при которык выполняется указанное ра. венство, равно соответствуюшим значениям Ь гоцографа М (на чертеже не показан). Остановка системы в процессе самонастройки происходит в этик нулевых точках, следовательно, их местоположеи е определяет точность самонастройки. Как видно из фиг. 2 в рассматриваемом случае имеются 3 пересечения в точкак L и Ьс, отклонение которых от.резонансного значения Ь= L pes может при частоте поиска, равной 6,25 Гц, достигать

32% чем объясняется низкая точность ! настройки известного устройства на цанных частотак. 2$

Если сигнал д" Ч(1) подается на вторые входы множительных звеньев 11 и

12 через фазовращатель 27, осуществляюший фазовый сцвиг сигнала d S(%) на величину }Ъ, то управляющий сигнал Х запишется в виде:

Х(Ь)= 2У ИагсвМ соей(Ц-Р).

При этом описанный выше геометрический способ опрецеления сигнала управления Х сохраняется в новой системе координат

Ф ОМ, повернутой относительно системы ! 35

XOY на угол 9 ., Выбором Р из диапазона 70 - 100 можно добиться того, о чтобы ось Ъ" пересекала гоцограф М только лишь на отрезке. Ь„4 где Ь„и

L . отличаются от L pcs на заданную величину (например, 5%). Таким образом можно добиться повышения частоты поиска вплоть до 6-10 Гц.

Форма зависимости сигнала Х(Ц в этом случае (фиг. 3, кривая 30) харак4$ теризуется значительным снижением уровня сигнала при больших расстройствах и пиками в точках L,p„, Lp, Ьp пересечения годографом М оси х (фйг. 2) в том числе и вблизи резонанса". Первое )5© снижает быстродействие системы и может привести к размыканию контура самонастройки и прерыванию отработки рассоглаI сования при попацании сигнала xT+) в зону нечувствительности Р. звена 24, $$ второе же отрицательна сказывается аы . динамических карактеристикак системы управления. Для устранения недостатка, 5 8 связанного со снижением уровня сигнала при значительных расстройствах, в структуру системы введены сумматор 21 и интегратор 22. В случае попадания сигнала Х.(g) в пределы зоны У, интегратор

Э

22 "накапливает мецленную составляющую сигнала Х5(Ф) цо тек пор, пока сигнал)(Я) не выходит за эти пределы и не начинаегся отработка рассогласования.

Однако, подобный алгоритм отработки рассогласования в сочетании с импульсивностью управляюшик характеристик вблизи резонанса не позволяет достичь высокого быстродействия. Йля преодоления этого недостатка обработка сигнала

Ч!(Ф) вецется двумя идентичными каналами, содержащими сумматоры 7 и 8, релейные усилители 9 и 1 О, множительные звенья 11 и 12, фильтры 13 и 14 низких частот и блок 15 выделения максимального уровня. При этом

10 чой связи контура настройки Ь фазовращатель 26 по сигналу с переключающего элемента 4 сдвигает фазу сигнала Y(t) по отношению к сигналу gS<+) на

180 .

Если в системе используется ДГР с подмагничиванием, то в качестве нели,нейного исполнительного блока 23 выступает устройство управления поцмагни30 чивания ДГР, Астатический характер управления в этом случае обеспечивается за счет интегратора 22. Наличие сумматора 21 цает возможность организовать. в системе пропорционально-интегральное

1% управление, что улучшает динамические характеристики, условия устойчивости и, как следствие, позволяет повысить быстрородействие самонастройки.

Анализ выражений (2) - (5) показывает, что точность самонастройки может

1 быть повышена, если в качестве выход.ной координаты объекта 1 управления взять ток () цугогасящего реактора.

Работа блока 15 выделения максимального уровня сигнала происходит следующим образом. Если Х.,> и Х>>, то из диодов 16 и 19 открыт ток, к катоду которого приложено большее напряжение. Диоцы 17 и 18 при этом закрыты.

Аналогично, если х„(о и Х (О, то диоды 16 и 19 закрыты, а из диодов 17 и 18 открыт ток, к аноду которого приложено большее по абсолютной величине напряжение. Если Х„ьо и X>(o или Х1(0 и

ЗЭ Х > О, то на выходе сумматора 20 об« разуется сигнал, равный сумме сигналовХ и Х, однако, поскольку смена знаt ков сигналов Х., и Х> происходит одновременно (фиг. 3), последний случай

40 значения не имеет.

Расширение рабочего циапазона поисковых частот позволяет повысить быстродействие регулятора и улучшить его динамические характеристики. Возможность отстроиться от помех путем изменения частоты поиска позволяет применить регулятор в сетях с высоким уровнем помех вызванных, например, импульсным (киковым) характером нагрузки. -Ис- пользование частотного детектора вместо фазового упрощает реализацию и улучшает- динамику системы, а также позволяет расширить ее функциональные возможности, поскольку тот же частотный цетектор может использоваться цля осуществления резонансной настройки по частоте свободных колебаний в контуре нулевой послецовательности сети в режиме

9 813585 чем зависимость Х,(t ) в области недокомпенсации аналогична зависимости X (Ь) в области перекомпенсации и наоборот. С помощью блока 15 выделения максимального уровня сигнала входы звеньев 20 и 21 поцключаются либо к сигналу У (Ф), либо сигналу Х (+) в зависимости от того, какой из этих сигналов больше по абсолютной величине. В результате формируется зависимость Х (1) (фиг. 3 кривая 33), в которой отсутст° вуют значительные снижения уровня сигнала при больших расстройках и импульсивность вблизи резонанса, причем подход к резонансу теперь имеет характер, близкий к линейному, что позволяет значительно улучшить цинамические свойства и быстродействие самонастройки.

В случае, если поисковая моцуляция осуществляется путем коммутации резистора R+, включенного последовательно или параллельно ДГР, в качестве цетектора 6 может быть применен частотный цетектор. При этом используется тот . факт, что частота сигнала есть производная от его мгновенной фазы, и спецовательно, фазовая модуляция сигнала 6(t), несущая информацию о положении резонанса, сопровожцается частотной модуляцией этого сигнала по закону произвоцной от фазовой модуляции. Сигнал Ч"(М на выхоце звена 6 связан при этом,с сигналом Ч (С) соотношением Ч" (Ф)=с Ч (Ж

Гоцограф М сигнала Ч (t) оказывается теперь повернутым на 90 по отношению к гоцографу М сигнала Ч (t), поэтому фазовый сдвиг Р слецует выбирать в диапазоне (-20-.+ 1д ). ПриФ менение частотного детектора 5, не требующего для своей работы опорного сигнала, позволяет упростить реализацию системы, а выходной сигнал его может ис». пользоваться также цля настройки компенсации в режиме перемежающегося дугового замыкания.

В режиме оцнофазного замыкания (вследствие резкого понижения цобротности объекта управления ) годограф М выступает в виде отрезка прямой, практически совпадающего с осью X . При этом добавление сигналов d"Ч „(Ф) и Р, ()

$0 к сигналам Ч „(Ь) и V (+) устраняет релейный характер зависимостей X<(4) и X<(l), а слецовательно, и Х (фто и обеспечивает улучшение динамических характеристик системы в этом режиме, в частности, прецотвращая автоколебательный характер переходного процесса.

llns сохранения неизменным знака обрат11 81 перемежающегося дугового замыкания.

Все это повышает эффективность компенсации емкостнык токов оцнофазных замыканий на землю и вместе с тем надежность и безопасность электроснабжения.

Формула изобретения

1. Автоматический регулятор резонансного состоянии контура нулевой последовательности сети, содержащий переключающий элемент, вхоцы которого подключены к датчикам напряжения смещения нейтрали и датчикам фазнык напряжений сети, соециненные последовательно детектор, полосовой фильтр, первый релейный усилитель, первое множительное звено, первый фильтр низких частот и нелинейный исполнительный блок, соециненный с цугогасящим реактором, а также генератор поискового и опорного сигналов, первый выход которого через первый фазо врашатель, второй вход которого соединен с выходом переключающего элемента, подключен ко второму вкоду множительного звена, а второй выход подключен к блоку введения поисковык сигналов; соединенному с дугогасящим реактором, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости путем расширения рабочего диапазона частот поиска, в него введены блок выделения максимального уровня сигнала, интегратор, сумматоры, . фазовращатель, а также включенные послецовательно вторые релейный усилитель, множительное звено и фильтр низкик час3585 12 тот, причем первый и второй входы первого cyMMaropa, выкоц которого подключен ко входу нелинейного исполнительного блока, поцключены соответственно к выходу интегратора и к выходу блока выделения максимального уровня сигнала, вход интегратора подключен к выкоду блока выделения максимального уровня сигнала, к выхоцу первого фазоврашателя поц10 ключены соециненные послецовательно второй фаэоврашатель и инвертирующий, усилитель, выхоцы которых поцключены соответственно ко вторым вкоцам второго и. третьего сумматоров, к первым входам указанных сумматоров подключен выхоц полосового фильтра,.выхоцы этих сумматоров подключены ко вкоцам соответственно второго и первого релейных усилителей, а выходы фильтров низких частот р подключены ко вхоцам блока выцеления максимального уровня сигнала.

2. Регулятор по п. 1 о т л и ч а1 ш и и с я тем, что блок выделения максимального уровня. сигнала соцержит дир одный мост и сумматор, причем выходы фильтров низких частот подключены ко вкоду циоцного моста, выкоцы которого подключены ко вкоцам сумматора, 30

Источники информации, принятыэ во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Х 150156, кл. Н 02 3 3/18, 1955.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ж 2624976/24-07, кл. Н 02 Н 1/02, 1978 .

813585

Составитель Г. Дамская

Редактор Е. Дорошенко Техред М.Рейвес Корректор H. Степ

Заказ 787/70 Тираж 675 Подписное

ВНИИПИ 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