Устройство для автоматического управления компенсирующей установкой

 

Союз Советскик

Социалистическик Республик (и 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.06. 79 (21) 2781380/24-07 с присоединением заявки,пв (23) Приоритет

Опубликовано 07.07.82. Бюллетень МЬ25 (5I)M. Кл.

G 05 F 1/70

H 02 J 3/18 ЬоудерйлеквЫ1 комитет

СССР ло делам взоаретеннк и открытий (53) УД К 621. 316. . 728(088. 8) Дата опубликования описания 07 .07, 82 (72) Авторы изобретения

И.Я.Тарикулиев, А.И,Кудинов, А.А.Онищенко; и Г.P.Ãàäæèáàáàåâ

j

Дагестанское районное энергетическое упр)влен е .

"Дагэнерго" и Кизлярский электромеханический-завод (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКОЙ

Изобретение относится к управлению электроэнергетическими системами и предназначено для автоматического регулирования мощности компенсирующих установок, например, шунто"

5 вых конденсаторных батарей нагрузочных узлов электрических систем.

Известно устройство, осуществляющее сравнение фактической реактивной мощности, потребляемой нагрузочными узлами, с величиной его активной мощности для обеспечения определенного значения коэффициента мощности.

Структура устройства содержит датчики активной и реактивной мощности, пре образующие входную информацию î na" раметрах режима в соответствующие пропорциональные напряжения и органы сравнения этих напряжений с выходными усилительными блоками fl). го

Недостатками этого устройства являются наличие двух преобразователей (активной и реактивной) мощности, что приводит при практичес2 кой реализации к его неоправданному усложнению1 бесконтрольность уровня напряжения в процессе автоматического управления компенсирующей установкой (КУ), что может привести к повреждению самих батарей конденсаторов КУ. . Известно устройство, состоящее из центрального устройства (ЦУ), размещенного на одном иэ пунктов управления, и периферийных устройств (ПУ), установленных в узлах подключения источников реактивной мощности. Центральное устройство содержит органы сравнения, сумматор и дешифратор. На входы органов сравнения

ЦУ поступает информация о фактическом перетоке реактивной мощности в узле, а в качестве опорных сигналов служат заданные значения реактивных мощностей, заранее расчитываемые поусловиям минимума потерь при передаче электроэнергии. В зависимости от соотношения между фактическим и

3 94196 заданным значениями реактивной мощности в ЦУ формируются соответствую-щие сигналы, которые через дешифра тор передаются периферийным блоком. Последние осуществляют регулирование реактивной мощности компенсирующих установок посредством переключения конденсаторных батарей или шунтовых реакторов f 2 ).

Недостатками такого устройства в являются сложность и ненадежность устройства, обусловленные содержанием в нем нескольких периферийных устройств, размещенных на различных энергообъектах, требующих для функционирования данной системы ряда каналов передачи информации между

ЦУ и ПУ, использование в качестве параметра управления только сигнала реактивной мощности и отсутствие контроля уровня напряжения в Нагрузочных узлах. Подобная функция автоматического управления КУ, обеспечивая в контролируемой электросетевой зоне минимум потерь электроэнергии, не исключает реально возможного ущер-. ба потребителям электроэнергии из-за отключения и колебания напряжения от номинальных уровней.

Известен регулятор реактивной мощности, который в качестве параметра управления использует реактивную составляющую полного тока узла нагрузки и содержит блок выделения сиг.нала реактивного тока, пороговое уст" ройство, элемент выдержки времени, выходной блок, формирующий релейные команды "Включить" и "Отключить", и блок питания С3 3.

Однако при очевидной простоте

4L указанного устройства его структура, основанная на данном параметре управления реактивном токе), не может обеспечивать оптимизацию режима электропотребления нагрузочных узлов по минимуму потерь электроэнергии и

45 исключение ущерба от отключения напряжения от номинальных, уровней. Устройство, обеспечивая снижение потребляемой величины реактивной мощности

î нагрузочным узлом, не позволяет поддерживать экономичность режима электропотребления по оптимальному значению коэффициента реактивной мощности и номинальному уровню напряжения.

Наиболее близким к изобретению

55 является устройство для управления конденсаторной установкой, содержащее измерительный блок или блок формиро9 4 вания сигнала, пропорционального. параметру управления, сумматор узла токовой компенсации, блок задания уставок верхней и нижней границ зоны нечувствительности и форсировки, одновибратор, преобразующий импульсный сигнал в сигнал большой длительности, элемент ЗАПРЕТ, интеграторы, преобразующие импульсные сигналы в потенциальные, логический элемент

НЕ, логический элемент ИЛИ, элемент

ВРЕМЯ, элемент И, блок реализации управляющих сигналов в релейнЫе ко манды "Включить", "Отключить", элемент задержки и блок питания.

Известно, что значительная часть потерь электроэнергии в электрических системах обуславливается потоками реактивной мощности, а отклонение напряжений в их нагрузочных узлах от номинально допустимых уровней вызывает экономический ущерб из-за несоблюдения оптимальных технологических процессов промышленных потребителей. В связи с этим для оптимизации процессов генерации, передачи и потребления электроэнергии по минимуму ее потерь и уменьшения экономического ущерба для промышленных нагрузок.оптимальные значения напряжения UH и реактивной мощности Q > (или коэффициента реактивной мощности

tg Ч) регламентируются соответствую щи ми директивам и (4), Однако принцип действия (и построения структуры) известного устройства основан на использовании в качестве параметра управления комбинированного сигнала, в состав которого входят сигналы напряжения и реактивной составляющей тока, т.е, У f(Ip + Ц) (1) где Ip - реактивная составляющая тока;

U — напряжение в контролируемом узле.

При подобной структуре известного устройства, основанной на функции (1), может быть обеспечено в лучшем случае поддержание номинальных уровней напряжений в узлах нагрузок электрических систем. Однако это не позволяет оптимизировать режимы электропотребления по реактивной мощности, так как функциональная связь между реактивным током и реактивной мощностью или напряжением и реактивной мощностью не однозначна. Таким объекта, а также исключения ложной работы устройства в нестационарных режимах, в канал формирования управляющих импульсов по реактивной мощности введены блок уставок, состоящий из двух задающих элементов, пороговый блок, состоящий из двух импульсных элементов сравнения, и управляемый генератор импульсов, причем один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измерительного блока по реактивной мощности, к входам опорных напряжений элементов сравнения подключены задающие элементы, а к выходам кажпараллельно подключены соответственно один вход элемента И в выходных цепях "Включить" и "Отключить" и один из двух входов управляемого ге" нератора импульсов, выход которого через общую точку подключен ко вторым входам элементов И.

Кроме того, с целью повышения надежности работы устройства в режимах внезапных изменений реактивной мощности, управляемый генератор импульсов (УГИ) содержит два элемента НЕ, три элемента ВРЕМЯ, два элемента

ЗАПРЕТ, два элемента И и элемент

ИЛИ, на выходе, причем входы одного элемента НЕ и одного элемента ВРЕМЯ через общую точку связаны с выходом одного из элементов сравнения порогового блока, а входы второго элемента

НЕ и второго элемента ВРЕМЯ через общую точку связаны с выходом второго элемента сравнения порогового блока, выходы элементов НЕ соединены с одним из входов .каждого элемента

И, а выходы двух элементов ВРЕМЯ че" рез элементы ЗАПРЕТ подключены к элементу ИЛИ, к выходу которого подключен третий элемент ВРЕМЯ, выход этого элемента параллельно соединен со вторыми входами элементов И, выходы которых заведены на управляющие входы элементов ЗАПРЕТ, Причем с целью исключения возможного ущерба, обуславливаемого отклонением напряжения от номинально до-. пустимых уровней, в канал формирования управляющих импульсов по напря" жению введены блок уставок, состоящий из двух задающих элементов (верхнего и нижнего допустимых уров ней напряжения соответственно), пороговое устройство, состоящее из двух импульсных элементов сравнения, 5 941969 6 образом, известное устройство не позволяет автоматически поддерживать в узлах электрических систем оптимальные значения перетоков реактивной мощности Q> npe номинальных уров- g нях напряжения U .

Цель изобретения - поддержание оптимального баланса реактивных мощностей в узлах энергосистемы при номинально допустимых уровнях на- 1о пряжения.

Поставленная. цель достигается тем, что устройство для автоматического управления компенсирующей установкой, например конденсаторной установкой, содержащее измерительный дого из двух элементов сравнения блок напряжения, логические элементы И в выходных цепях "Включить" и

"Отключить", выходы которых подключены к исполнительному блоку, снабже-рв но измерительным блоком средней реактивной мощности и каналами формирования управляющих импульсов по уровню напряжения и средней реактивной мощности, причем выходы измери- 25 тельных блоков напряжения и средней реактивной мощности через соответствующие каналы формирования управляющих импульсов связаны с входами элементов И в выходных цепях "Включитьн Эо и "Отключить", Кроме того, с целью упрощения в качестве измерительного блока напряжения и измерительного блока средней реактивной мощности использован измерительный преобразователь, состоящий из согласующего трансформатора напряжения, фазосдвигающей схемы, блока умножения на базе мультивибратора Роера, активного полосового фильтра, активного выпрямителя, схемы запоминания экстремумов и их сло.- жения и вычитания, выходного сглаживающего Фильтра, причем выход согласующего трансформатора напряжения через фазосдвигающую схему связан с амплитудным модулятором блока умножения, к выходу которого параллельно подключены активный полосовой фильтр и активный выпрямитель, выход активного полосового фильтра параллельно соединен со схемами запоминания экстремумов и их сложения и вычитания, а к выходу активного выпрямителя подключен сглаживающий фильтр.

При этом с целью повышения точности автоматического управления компенсирующими установками при изменениях реактивной мощности в узле энерго941969 при этом один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измерительного блока по напряжению, к входам опорных напряжений элементов сравнения подключе- 5 ны задающие элементы, а выходы каждого элемента сравнения порогового блока соединены с отчим из элементов И, На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 блок-схема измерительного преобразователя, на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. 15

Устройство (Фиг.l) состоит из измерительного преобразователя 1, входы которого подключены на напряжение и ток, к выходу по реактивной мощности которого подключен канал 20 формирования управляющих импульсов по средней реактивной мощности, состоящий из блока 2 уставок, порогового блока 3 и управляемого генератора 4 импульсов ° Блок уставок со- 25 стоит из двух задающих элементов 5 и 6. Пороговый блок состоит из двух импульсных элементов 7 и 8 сравнения.

Один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом зо измерительного преобразователя 1 по реактивной мощности. Ко входам опорных напряжений элементов сравнения подключены выходы задающих элементов 5 и 6. Выходы каждого из двух элементов 7 и 8 сравнения подключены на входы элементов И 9 и 10 соответственно в цепях "Включить" и

"Отключить" и на входы управляемого

° генератора 4 импульсов, выход которого подключен ко вторым входам элементов И 9 и 10.

К выходу по напряжению измерительного преобразователя 1 подключен вход канала формирования управляющих импульсов по напряжению, состоящий из блока 11 уставок порогового блока .12 . Блок уставок состоит из задающих элементов 13 и 14. Пороговый блок состоит из двух импульсных элементов 15 и 16 сравнения. Один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измеритель-. ного преобразователя 1 по напряжению, ко входам опорных напряжений -элемен55 тов 15 и 16 сравнения подключены задающие элементы 13 и 14, а выходы каждого элемента сравнения подключены к третьим входам элементов И 9 и

10. Выходы элементов И подключены ко входам исполнительного блока 17.

Генератор 4 импульсов содержит два элемента НЕ 18 и 19, три элемента 20-22 времени, два элемента ЗАПРЕТ 23 и 24, два элемента И 25 и 26 и элемент ИЛИ 27 на выходе.

Измерительный преобразователь (фиг.2) состоит из согласующего трансформатора 28 напряжения, к выходу которого подключена фазосдвигающая схема 29, блок 30 умножения на базе мультивибратора Роера, состоящего из широтно-импульсного модулятора

31 и амплитудно-импульсного модулятора 32. °

Выход мультивибратора подключен ко входам активного полосового фильтра 33 и активного выпрямителя 34.

Выход фильтра 33 подключен ко входу схемы 35 запоминания экстремумов, их сложения и вычитания. С выхода этой схемы снимается сигнал, пропорциональный среднему значению реактивной мощности Щ. Выход активного выпрямителя включен на вход сглаживающего фильтра 36, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный напряжению Ю.

На фиг.3 приведены временные диаграммы выходных напряжений структурных блоков устройства (фиг.2), При этом (— оптимальное (расчетное) значенйе средней реактивной мощности в узле энергообъекта, используемого для определения уставки элемента 5, 0,001 g g — значение этой же мощности для определения уставки (нижней границы зоны нечувствительности) элемента 6; U - номинальный уровень напряжения; 1,1 UH — верхний допустимый предел номинального напряжения, используемого для определения уставки элемента 13, а 0,95 БН - нижний допустимый предел номинального напряжения, используемого для определения уставки элемента 14; kg u kU выходные измерительные сигналы блока 1, пропорциональные фактическим значениям средней реактивной мощности и напряжения нагрузочного узла энергосистемы, Ug, Ц р V Vg; Бт

U8 V6 %ь 1 а Ъ Ъ Ue "ъ 4

U<>, U 1 -, U>., V<<- выходные сигналы элементов устройства.

Устройство работает следующим образом.

Подаваемые на вход блока 1 устройства сигналы фазных тока и напря10

41969

S о

kQ c U„ (4)

> U S

В силу этого в момент tg на выходах элементов 8 и 15 формируются сиг. щ налы, равные единице, à На выходе элемента 18 - равный нулю. Элементы

7 и 16 Формируют выходные сигналы, равные нулю, и поэтому сигнал на вы" ходе элемента 19 равен единице. Одного временно начинается выдержка времени на срабатывание элемента 21. В момент С10 на выходе элемента 21 генерируется сигнал, равный единице, а благодаря тому, что в этот момент зв на выходах элементов 22 и 26 сигналы равны нулю, .элементом 24 также формируется сигнал, равный единице. На выходах элементов 20 и 23 сигналы равны нулю, а на выходе элемента

27 появляется сигнал, равный единице.

С этого момента вновь начинается выдержка времени на срабатывание элемента 22. В момент t на выходе элемента 10 одновременно все три сигнала равные единице, и поэтому он передает на блок 17 сигнал, равный единице, для Формирования команды

"Отключить". В этот момент элемент

9 Формирует сигнал, равный нулю.

: В момент t çëåìåíò 22 формирует вы43:1 ходной сигнал, равный единице, на выходах элементов также появляется сигнал, равный единице. Ввиду этого на выходах элементов 24 и 27 сигналы становятся равными нулю и начина50 ется выдержка времени на возврат элемента 22, которая заканчивается в момент t . В этот момент на выходах элементов 26 и 22 сигналы равны нулю, Элементы 24 и 27 вновь формируют выходные сигналы, равные единице. Поэтому элемент 10 снова генерирует сигнал, равный единице, и

Щ ) Ц5

< 11 4

В момент t < на выходах элементов 7 и 16 появляются сигналы, равные единице. При этом элементы 8, 15 и 19 формируют выходные сигналы, равные нулю, а элемент 18 — равный единице.

Одновременно начинается выдержка времени на срабатывание элемента 20.

На выходе элемента 20 появляется сигнал, равный единице. В этот момент, благодаря тому, что на выходе элемента 25 сигнал равен нулю, элемент

23 формирует на выходе сигнал, равный единице. На выходах элементов

21 и 24 сигналы равны нулю. На выходе элемента 27 появляется сигнал, равный единице, и начинается выдержка времени на срабатывание элемента 9.

Таким образом, в момент t< на входе элемента 9 одновременно все три входных сигнала равны единице и поэтому он формирует на выходе сигнал, равный единице, передаваемый в блок

17 и преобразуемый в сигнал "Включить", В этот момент на выходах элементов 22 и 25 сигналы равны нулю, Элементы 23 и 27 вновь формируют сигналы, равные единице. Элемент 9 снова выдает сигнал, равный единице, 9 9 жения преобразуются в измерительные сигналы, пропорциональные фактическим значениям средней реактивной мощности kQ напряжения kU. Сигнал

k0 поступает на вход блока 3, а сигнал kU — на вход блока 12. Ввиду то го, что в период О-t между входными сигналами элементов сравнения блоков 3 и 12 измеют место следующие соотношения 5 ) 4 ) о6

П1Р ) kU ) Ugg i на входах элементов 7, 8 и 15; 16 сигналы отсутствуют (равны нулю) .

Это формирует соответствующие .сигналы на выходах элементов 18 и 19.

В этот же период сигналы, равные нулю, формируются на выходах элементов 20, 21, 23, 24, 25, 27, 26, 22.

Поэтому значения сигналов на входах элементов 9 и 10 равны нулю и в силу этого устройство команды автоматического управления не вырабатывает

В период, когда t ) t<, имеют место следующие -соотношения между контролируемыми режимными параметрами и их установками на блок 17 для формирования сигнала

"Включить". Процесс повторяется.

В момент t > t< значения сигналов

kg u kU соответствуют выражению (2 ) и устройство не вырабатывает выходные управляющие импульсы. Переход устройства в новое состояние осуществля" ется за время t6-tg, которое обусловлено инерционностью элементов

20-22.

В момент времени t ) tg имеют место следующие соотношения между конт= ролируемыми параметрами и их установками передает сигнал на блок 17 для Фор-11 94196 мирования команды "Отключить". Далее процесс автоматического управления повторяется.

При t o t„ значения сигналов Щ и klan соответствуют выражению (2), поэтому устройство не вырабатывает сигналы автоматического управления.

Переход устройства в новое состояние осуществляется за время 1 -Й которое также обусловлено инерционностью элементов 20-22, Таким образом, предлагаемое устройство не срабатывает (не генерирует выходные импульсы "Включить" и "Отключить" ) в режимах энергообъектов, когда в контролируемом узле параметры управления (реактивная мощность и уровень напряжения) находятся в пределах оптимальных их значений, т.е.

0,95 ИН МО < 1,40н

О,О (С9 < Я 641

При отклонении этих паране гров управления от оптимальных значений предлагаемое устройство генерирует на своем выходе управляющие импульсы

"Включить" и "Отключить" до тех пор, пока посредством регулирования (кон" денсаторов) компенсирующей установ— ки не наступает новый баланс реактивных мощностей при новом уровне напряжения, при которых обеспечивается минимум затрат (в том числе и потерь электроэнергии) на генерацию, переда" чу реактивной мощности в узел потребления и исключается экономический ущерб от отклонения напряжения от номинально допустимых значений, т.е.

tC u 7 1,1И Ч М О < 0,960

"а) Qэ 8bly где - зн а к логи че с ко го сложения,, Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает автоматическое управление компенсирующими установками посредством контроля двух важнейших параметров режима энергообъектов средней реактивной мощности и уровня напряжения, Вместо с этим предлагаемое устройство в отличие от известных обла" дает свойством гибкости программы автоматического управления, т.е. мо„55 жет действовать в зависимости от зна" чений уставок по одной из трех программ: одновременному контролю И и Q (первая основная программа); контро9 12 лю только 1.1 (вторая дополнительная программа); контролю только Q (третья дополнительная программа); и при необходимости может заменить функцию известных устройств.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического управления компенсирующей установкой, например конденсаторной установкой, содержащее измерительный блок напряжения, логические элементы И в выходных цепях "Включить" и "Отключить", выходы которых подключены к исполнительному блоку, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью поддержания оптимального баланса реактивных мощностеи в узлах энергосистемы при сохранении номинального уровня напряжения, устройство снабжено измерительным блоком средней реактивной мощности и каналами формирования управляющих импульсов по уровню напряжения и средней реактивной мощности, причем выходы измерительных блоков напряжения и средней реактивной мощности через соответствующие каналы формирования управляющих импульсов связаны с входами элементов И в выходных цепях: "Включить" и "Отключить".

2. Устройство по и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, в качестве измерительного блока напряжения и измерительного блока средней реактивной мощности использован измерительный преобразователь, состоящий из согласующего трансформатора напряжения, фазосдвигающей схемы, блока умножения на базе мультивибратора Роера, активного полосового фильтра, активного выпрямителя, схемы запоминания экстремумов и их сложения и вычитания., выходного сглаживающего фильтра, причем выход согласующего трансформатора напряжения через фазосдвигающую схему связан с амплитудным модулято«i ром блока умножения, к выходу которого подключены активный полосовой фильтр и активный выпрямитель, выход активного полосового фильтра соеди нен со схемой запоминания экстремумов и их сложения и вычитания, а к выходу активного выпрямителя подключен сглаживающий фильтр.

13

3. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности автоматического управления компенсирующими установками при изменениях реактивной мощности в узле энергообъекта, а также . исключения ложной работы устройства в нестационарных режимах, канал формирования управляющих импульсов по реактивной мощности содержит блок уставок, состоящий из двух задающих элементов, пороговый блок, состоящий из двух импульсных элементов сравнения, и управляемый генератор импульсов, причем один из входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измерительного блока по реактивной мощности, к, входам опорных напряжений элементов сравнения подключены задающие элементы, а к выходам каждого из двух элементов сравнения подключены соответственно один вход элемента И в выходных цепях "Включить" и "Огключить" и один из двух входов управляемого генератора импульсов, выход которого через общую точку подключен ко вторым входам элементов И.

4. Устройство по пп. 1 и 3, о т " . л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности его работы в режимах внезапных изменений реактивной мощности, управляемый генератор импульсов содержит два элемента НЕ, три элемента ВРЕМЯ, два элемента ЗАПРЕТ, два элемента И и элемент ИЛИ на выходе, причем входы одного элемента HE и одного элемен" та ВРЕМЯ через общую точку связаны с выходом одного из элементов сравнения порогового блока, а входы

;второго элемента НЕ и второго эле" мента ВРЕМЯ через общую точку связаны с выходом второго элемента

41969 14 сравнения порогового блока, выходы элементов НЕ соединены с одним иэ входов каждого элемента И, а выходы двух элементов ВРЕМЯ через элементы

ЗАПРЕТ подключены к элементу ИЛИ, к выходу которого через третий элемент ВРЕМЯ подключены вторые входы двух элементов И, выходы которых заведены на уравняющие входы элемен1о тов ЗАПРЕТ.

5. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения зкономического ущерба, .обусловливаемого отклонением напря-1 .жения от номинально допустимых уровней, канал формирования управляющих ,. импульсов по напряжению содержит блок уставок, состоящий из двух задающих элементов, пороговый блок, состоящий из двух импульсных элемен" тов сравнения, причем один иэ входов элементов сравнения через общую точку соединен с выходом измерительного блока по напряжению, к входам опорных напряжений элементов сравнения подключены задающие элементы, а выходы каждого элемента сравнения порогового блока соединены с одним из элементов И.

3Q Источники информации ° принятые во .внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 237254, кл. H 02 J 3/18, 1964.

2. Акцептованная заявка Японии зз У14331, кл. 58 A 3, 1975.

3. Техническое описание полузлектронного регулятора, реактивной мощности типа ЯИ фирмы "7ЕИ", Берлин, 1977, с. 4.

4. Техническое описание и инструк" ция по эксплуатации автоматического устройства типа APKOH-l. Рижский

:опытный завод "Латвэнерго", 1977, с. 15.